Bài giảng Thổ nhưỡng ThS. Võ Thanh Phong

Đất không những hỗ trợ cho sự phát triển của cây trồng mà còn là vùng thổ quyển với nhiều tương tác của các yếu tố khí hậu nước, không khí, nhiệt độ; môi trường sống vi sinh vật, thực vậ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NAM CẦN THƠ

Bài giảng môn học:

i

Ph ần 1: QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH ĐẤT VÀ PHÌ NHIÊU ĐẤT 1

1.1 Khái ni ệm về đất 1

1.2 Q uá trình hình thành đất 1

1.2.1 Sự phong hoá đá và khoáng vật 2

1.2.2 Vỏ phong hoá 4

1.2.3 Tuần hoàn vật chất và sự hình thành đất 5

1.3 Các y ếu tố hình thành đất 6

1.3.1 Khí hậu 6

1.3.2 Sinh vật 7

1.3.3 Địa hình 8

1.3.4 Mẫu chất 9

1.3.5 Thời gian 11

1.4 M ột số quá trình xảy ra trong đất 12

1.4.1 Quá trình hình thành đá ong và kết von 12

1.4.2 Quá trình glây 13

1.4.3 Quá trình hình thành đất phèn 15

1.5 Ph ẫu diện đất 19

1.5.1 Quá trình thành lập tầng đất 19

1.5.2 Các tầng đất và đặc điểm của chúng 20

THỰC HÀNH: MÔ TẢ PHẪU DIỆN ĐẤT 22

CÂU HỎI ÔN TẬP 26

Ph ần 2: THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CUẢ ĐẤT 27

2.1 Thành ph ần cấu tạo đất 27

2.1.1 Thành phần rắn 27

2.1.2 Thành phần lỏng 30

2.1.3 Thành phần khí 34

2.2 V ật lý đất 36

2.2.1 Sa cấu đất 36

2.2.2 Dung trọng và tỷ trọng 39

2.2.3 Tế khổng và độ xốp 42

2.3 H ình thái đất 44

2.3.1 Màu đất 44

2.3.2 Cấu trúc đất 48

2.4 Hoá h ọc đất 54

2.4.1 Thành phần hóa học và dinh dưỡng trong đất 54

2.4.2 Một số tính chất hóa học của đất 55

2.5 Sinh h ọc đất 62

2.5.1 Vi sinh vật đất 62

2.5.2 Động vật đất 66

2.5.3 Thực vật 68

2.6 S ử dụng các nhóm đất chính 69

2.6.1 Phân loại các nhóm đất chính ở Đồng bằng Sông Cửu Long 69

2.6.2 Đặc điểm và sử dụng nhóm đất chính ở Đồng bằng Sông Cửu Long 71

THỰC HÀNH: - XÁC ĐỊNH DUNG TRỌNG, TỶ TRỌNG VÀ ĐỘ XỐP CỦA ĐẤT - XÁC ĐỊNH pH ĐẤT VÀ EC ĐẤT 81

CÂU HỎI ÔN TẬP 83

Phần 1:

QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH ĐẤT

Đây là môn học nghiên cứu về các yếu tố và các tiến trình thành lập đất Nó bao gồm việc mô tả và giải thích các phẫu diện đất, các thành phần cấu tạo nên đất và cách thể hiện của đất trên bề mặt của trái đất Một cách tổng quát thì nó được nghĩ như là việc nghiên cứu cách hình thành đất trên mặt đất đai của trái đất Tuy vậy, một số nhà khoa học đất cũng muốn nới rộng thêm là bao gồm cả nguyên vật liệu khác nằm dưới nước mà các vật liệu này có hỗ trợ cho động vật và thực vật để sống Một số nhà địa chất trước đây còn muốn tính cả các trầm tích không ổn định vào trong đất Do đó các loại đất được gọi tên như: đất mang đến do băng hà, do gió xói mòn mang đến, đất dốc

tụ, đất phù sa cách gọi này vẫn còn hiện hữu trong các tài liệu thổ nhưỡng Nguồn gốc hình thành đất là môn học nghiên cứu về sự phát triển của đất từ các mẫu chất

1.1 KHÁI NIỆM VỀ ĐẤT

Đất trong thuật ngữ chung là các vật chất nằm trên bề mặt trái đất, có khả năng

hỗ trợ sự sinh trưởng của thực vật và phục vụ như là môi trường sinh sống của các dạng sự sống động vật từ các vi sinh vật tới các loài động vật nhỏ Đất không những

hỗ trợ cho sự phát triển của cây trồng mà còn là vùng (thổ quyển) với nhiều tương tác của các yếu tố khí hậu (nước, không khí, nhiệt độ); môi trường sống (vi sinh vật, thực vật, động vật) và xác bả của sinh vật cùng với mẫu chất hình thành nên đất Trong suốt quá trình hình thành phát triển, phẫu diện đất phân thành những lớp khác nhau có cùng một số tính chất gọi là tầng đất

Các nhà thổ nhưỡng học đặt trọng tâm nghiên cứu đến các tiến trình thành lập đất (sự hình thành và sự phát triển của đất), tính chất cơ bản của đất (vật lý đất, hoá học đất và sinh học đất), mối liên hệ giữa tự nhiên và lịch sử của đất đai cũng như dự đoán những thay đổi trong việc sử dụng đất Các nhà nông học hiểu rõ rằng đất canh tác là kết quả của sự phát triển của nhiều yếu tố trong hàng ngàn năm và họ chủ yếu tập trung nghiên cứu vào những tính chất của đất có ảnh hưởng đến sản lượng và chất lượng cây trồng Ngày nay, hai khuynh hướng nghiên cứu này thường được kết hợp với nhau hình thành nên một ngành đó là khoa học đất

Trong đất, các đặc tính quan trọng của hạt đất là số lượng, kích thước, hình dáng

và sự sắp xếp của chúng Mỗi đặc tính này có mối quan hệ với các đặc tính khác và nó đặc trưng cho tính chất cơ bản của tầng đất, mức độ tác động của con người và các ảnh hưởng khác như: độ dốc, địa mạo, thời gian Các đặc tính này có thể quan sát và đo lường được

Tóm lại, đất có thể được xem như là một đồ biểu tổng hợp, là một bộ phận của thiên nhiên, nó ghi nhận tổng hợp lại các sự việc đã xảy ra tại vị trí đó Đất có thể có chứa các hạt thạch anh có tuổi hàng tỷ năm, các tinh thể calcite mới hình thành, các mảnh vỡ đồ sứ một ngàn năm tuổi, một chất hữu cơ năm ngàn năm về trước và cũng

có những chất thải của cây rừng trong vài tuần qua Với ý nghĩa này, đất là một đồ biểu tổng hợp Thử thách được đặt ra cho các nhà khoa học đất là học để đọc đồ biểu này

1.2.1 Sự phong hoá đá và khoáng vật

Dưới sự tác động của nước, các chất khí như O2, CO2 và nguồn năng lượng bức

xạ mặt trời, các khoáng vật và đá lộ ra ở phía ngoài cùng của vỏ trái đất bị phá huỷ Quá trình phá huỷ khoáng vật và đá được gọi là quá trình phong hoá Có 3 loại phong hoá đá và khoáng vật là phong hoá vật lý, phong hoá hoá học và phong hoá sinh học

Sự phân chia các loại phong hoá chỉ là tương đối vì trong thực tế các yếu tố ngoại cảnh đồng thời tác động lên đá và khoáng vật, do vậy 3 loại phong hoá đồng thời cùng diễn

ra Các quá trình phong hoá liên quan mật thiết và hỗ trợ cho nhau, tuỳ điều kiện cụ thể mà một trong 3 quá trình xảy ra mạnh hơn

* Phong hoá vật lý

Phong hoá vật lý là sự vỡ vụn của các loại đá thành các hạt cơ giới có kích thước khác nhau nhưng chưa có sự thay đổi về thành phần khoáng vật, thành phần hoá học của các đá ban đầu

Nguyên nhân gây nên việc phá vỡ khoáng vật và đá là do sự thay đổi của nhiệt

độ, áp suất và sự tác động của các hoạt động địa chất ngoại lực như nước chảy, gió thổi xảy ra trên bề mặt vỏ trái đất

Sự thay đổi nhiệt độ làm cho các khoáng vật có trong đá bị giãn nở không đều dẫn đến kết quả đá bị vỡ ra Các khoáng vật khác nhau có hệ số giãn nở rất khác nhau

Ví dụ:

Tên khoáng vật Hệ số giãn nở Thạch anh

Octoclaz Mica Calcite

0,00031 0,00017 0,00035 0,00020 Một loại đá được cấu tạo bởi nhiều khoáng vật khác nhau, do đó nhiệt độ thay đổi các khoáng vật co giãn không giống nhau làm đá bị vỡ vụn Như vậy thành phần khoáng vật của đá càng nhiều thì đá càng dễ bị vỡ vụn Những đá cấu tạo bởi một loại khoáng vật (đá đơn khoáng) cũng bị vỡ do hệ số nở dài theo các phương khác nhau Sự chênh lệch nhiệt độ giữa ngày và đêm, giữa các mùa trong năm càng lớn thì phong hoá vật lý diễn ra càng mạnh Ví dụ, vùng sa mạc thường có sự chênh lệch nhiệt độ giữa ngày và đêm lớn nên vào ban đêm có thể nghe được tiếng nổ vỡ của đá trong vùng

Trong đá thường có các lỗ hổng và các vết nứt nguyên sinh chứa đầy khí hay nước Khi nhiệt độ xuống thấp dưới 0 oC, nước ở thể lỏng chuyển thành thể rắn (nước đóng băng) làm tăng thể tích tạo áp suất lớn có khi tới hàng ngàn atmosphere lên thành khe nứt làm cho đá bị vỡ ra

Các mảnh vụn sinh ra có thể di chuyển đi nơi khác theo dòng nước chảy hoặc

Phong hoá vật lý có tính chất tiên phong, tạo điều kiện thuận lợi cho phong hoá hoá học và sinh học

* Phong hoá hoá học

Do sự tác động của H2O, O2, CO2 các khoáng vật và đá bị phá huỷ, thay đổi

về hình dạng, kích thước, thành phần và tính chất hoá học Có thể nói, phong hoá hoá học chính là các phản ứng hoá học diễn ra do sự tác động của H2O, O2, CO2 lên đá và khoáng vật

Phong hoá hoá học được chia thành các quá trình chính là: thuỷ hoá, thuỷ phân, oxy hoá, khử hoá, hòa tan, vôi hoá

Là quá trình nước tham gia vào mạng lưới tinh thể của khoáng vật, thực chất đây là quá trình nước kết hợp với khoáng vật làm thay đổi thành phần hoá học của khoáng vật

K2O.Al2O3.6SiO2 + 3H2O  Al2O3.2SiO2.2H2O + 2KOH + 4SiO2

+ Quá trình oxy hoá

Quá trình này phụ thuộc chặt chẽ vào sự xâm nhập của O2 tự do trong không khí và O2 hòa tan trong nước Quá trình oxy hoá làm cho khoáng vật và đá bị biến đổi, bị thay đổi về thành phần hoá học

Ví dụ: Khoáng vật pyrite bị oxy hoá và biến đổi như sau:

FeS2 + 7O2 + 2H2O = 2FeSO4 + 2H2SO4 12FeSO4 + 3O2 + 6H2O = 4Fe2(SO4)3 + 4Fe(OH)3 Quá trình ôxy hoá diễn ra rất mạnh với hầu hết các nguyên tố hoá học có trong khoáng vật và đá, đặc biệt là các nguyên tố hoá trị cao, ví dụ mangan Sự oxy hoá đi kèm với sự thủy hoá hoặc thủy phân

+ n H2O

+ Quá trình hòa tan:

Là quá trình các khoáng vật và đá bị hòa tan trong nước Hầu như tất cả các khoáng vật và đá bị hòa tan trong nước, nhưng mạnh nhất là các khoáng vật của lớp carbonate và lớp muối mỏ

Ví dụ: CaCO3 (đá vôi) bị hòa tan như sau:

CaCO3 + H2O + CO2  Ca(HCO3)2 Các khoáng vật và đá bị hòa tan tạo thành các dung dịch thật

Ví dụ:

K2Al2Si6O16 + H2O + CO2  H2Al2Si2O8.2H2O + K2CO3+ SiO2.nH2O

Hoạt động của sinh vật bậc thấp, bậc cao cũng tham gia phá huỷ các khoáng vật

và đá Rễ cây xuyên vào các khe nứt hút nước và các chất khoáng, theo thời gian, rễ to dần phá vỡ đá Mặt khác rễ cây tiết H2O và CO2 tạo H2CO3 để hòa tan đá và khoáng vật Khi chết xác sinh vật bị phân huỷ sinh ra các acid hữu cơ góp phần hòa tan các khoáng vật và đá

Do vậy, bản chất của phong hoá sinh học là phong hoá vật lý và hoá học do sự tác động của sinh vật lên khoáng vật và đá Cũng trong quá trình này mẫu chất được

tích luỹ chất hữu cơ do xác sinh vật để lại sau khi chết, làm cho mẫu chất xuất hiện những thuộc tính mới được gọi chung là độ phì và mẫu chất biến đổi thành đất Nhà khoa học nổi tiếng người Nga Vecnatxki cho rằng: "Hoạt động hoá học của vỏ trái đất, gần 99% có liên quan tới quá trình sinh hoá học"

1.2.2 V ỏ phong hoá

Các sản phẩm phong hoá là kết quả của quá trình phá huỷ các khoáng vật và đá,

do vậy chúng rất phong phú và đa dạng Phong hoá vật lý tạo thành các hạt vô cơ có kích thước khác nhau Phong hoá hoá học tạo thành các hợp chất dễ tan, oxide, hydroxide và các loại keo sét Phong hoá sinh vật ngoài sự tạo thành các sản phẩm trên còn tạo sự tích luỹ chất hữu cơ trong mẫu chất

Các loại sản phẩm phong hoá tích đọng lại tạo thành vỏ phong hoá Vỏ phong hoá

là lớp vật chất nằm ở phía ngoài cùng của vỏ trái đất Sản phẩm phong hoá biến đổi tạo thành mẫu chất, mẫu chất chịu tác động sâu sắc của sinh vật dần dần trở thành đất Các vật liệu phong hoá thì không thể đứng yên dưới tác động của các yếu tố khí hậu (mưa, gió ) mà chúng bị mang đi và tích tụ lại một nơi nào đó, thí dụ như: chúng rơi xuống từ trên cao do trọng lực, nước cuốn đi do dòng chảy, gió mang đi Như vậy, vật liệu phong hoá sẽ được tích tụ lại một nơi nào đó tùy theo yếu tố mang chúng đi

đất sau này nên các nhà khoa học dùng chúng để đặt tên cho “mẫu chất” và mẫu chất

có thể hình thành đất khi có điều kiện

Chúng ta có các loại mẫu chất như sau:

Hình 1: Các yếu tố làm di chuyển vật liệu phong hoá và các mẫu chất tương ứng

Như kết quả trên cho thấy, đất được hình thành qua hai giai đoạn: sự hình thành mẫu chất và sự hình thành đất Như vậy, khi mẫu chất bị xáo trộn ở một mức độ nhất định thì được gọi là đất Sự xáo trộn này được thể hiện bằng sự phân tầng trong mặt cắt theo chiều dọc của đất (gọi phẫu diện đất)

Theo V M Fritland (1964), Việt Nam có các loại vỏ phong hoá sau:

- Vỏ phong hoá feralit: Phổ biến ở vùng trung du và núi thấp, các khoáng vật thứ sinh chủ yếu là kaolinite, gibbsite, goethite Trên vỏ phong hoá này hình thành nên nhóm đất feralit - đất đỏ vàng ở nước ta

- Vỏ phong hoá alit: gặp ở vùng núi cao từ 1700 m trở lên, điển hình nhất là ở độ cao >2000 m Khí hậu ẩm ướt, sắt bị rửa trôi mạnh nhưng nhôm được tích luỹ do không bị rửa trôi như sắt

- Vỏ phong hoá macgalit - feralit: Gặp ở Phủ Quỳ - Nghệ An trên đá bọt bazan

- Vỏ phong hoá trầm tích sialit: Gặp ở các vùng đồng bằng tạo bởi quá trình lắng đọng phù sa của hệ thống sông ngòi nước ta Thành phần là các loại keo sét, ngoài ra còn gặp các khoáng vật nguyên sinh như thạch anh, fenspat, mica

- Vỏ phong hoá clorua, sulphate - sialit còn gặp ở vùng ven biển

1.2.3 Tuần hoàn vật chất và sự hình thành đất

Ta có thể chia quá trình hình thành đất làm 2 giai đoạn:

- Đá bị phong hoá thành mẫu chất: giai đoạn này được gọi là quá trình phong hoá

- Mẫu chất biến thành đất: giai đoạn này được gọi là quá trình hình thành đất

Lắng tụ ở hồ Lắng tụ do dòng chảy Lắng tụ ở biển

Trầm tích hồ Phù sa Trầm tích biển Trầm tích do băng hà Trầm tích ở cửa sông,

phù sa, trầm tích biển Trầm tích do gió cuốn Sườn tích, tụ thổ

Tên mẫu chất

Mẫu chất đã có khả năng thấm, giữ nước và khí nhưng còn thiếu phần quan trọng nhất để trở thành đất đó là chất hữu cơ Khi trên trái đất chưa có sự sống, lúc đó mới chỉ có các quá trình phong hoá lý, hoá học Các sản phẩm phong hoá một phần nằm lại tại chỗ, phần khác theo nước di chuyển xuống chỗ trũng, đại dương ở những nơi đó chúng lại trầm lắng, chịu sự tác động của áp suất và các yếu tố khác và hình thành nên

đá trầm tích

Do sự vận động địa chất, khối đá trầm tích này lại được nâng lên phong hoá theo một vòng mới khác Quá trình đó cứ lặp đi lặp lại trong một phạm vi lớn và kéo dài tới hàng tỷ năm, nên được gọi là "Đại tuần hoàn địa chất" Bản chất của vòng đại tuần hoàn địa chất là quá trình tạo lập đá đơn thuần xảy ra rộng khắp và theo một chu trình khép kín

Khi sinh vật xuất hiện lúc đầu là các vi sinh vật và các thực vật hạ đẳng, chúng

sử dụng các chất dinh dưỡng khoáng để nuôi cơ thể, chết đi chúng trả lại toàn bộ cho đất Cứ như vậy sinh vật ngày càng phát triển và lượng chất hữu cơ tích luỹ trong đất ngày một nhiều, nó đã biến mẫu chất trở thành đất Vòng tuần hoàn này do sinh vật thực hiện và diễn ra trong thời gian ngắn, phạm vi hẹp nên được gọi là "Tiểu tuần hoàn sinh vật"

Bởi vậy "Đại tuần hoàn địa chất" là cơ sở của quá trình hình thành đất, còn "Tiểu tuần hoàn sinh vật" là bản chất của nó Đất được hình thành kể từ khi xuất hiện sinh vật

1.3 CÁC YẾU TỐ HÌNH THÀNH ĐẤT

Yếu tố hình thành đất có thể là một tác chất, lực, điều kiện hoặc mối liên hệ hoặc

là sự kết hợp giữa các yếu tố đó lại Các yếu tố có thể đang tác động hoặc đã tác động đến mẫu chất để hình thành đất Có thể có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến việc hình thành đất nhưng các nhà nghiên cứu về nguồn gốc chỉ chọn 5 yếu tố đó là: mẫu chất, địa hình, khí hậu, sinh vật và thời gian

Đất = f(cl, o, r, p, t) 1.3.1 Khí hậu

Khí hậu là yếu tố ảnh hưởng bao trùm lên các yếu tố khác, trong đó nó ảnh hưởng rất mạnh mẽ lên các phản ứng hoá học để hình thành đất Khí hậu có sự tác động tới sự hình thành đất vừa trực tiếp thông qua nhiệt độ, lượng mưa, vừa gián tiếp thông qua sinh vật

Nhiệt độ và lượng mưa là hai yếu tố quan trọng đầu tiên trong sự phong hoá đá, khoáng Hai yếu tố này còn chi phối tất cả các quá trình khác trong đất: quá trình rửa trôi xói mòn, tích tụ, mùn hoá, khoáng hoá, Cường độ, chiều hướng của chúng góp phần chi phối quá trình hình thành đất

Lượng mưa ảnh hưởng lớn tới độ chua và hàm lượng kiềm trao đổi trong đất Theo Jenny khi nghiên cứu đất vùng nhiệt đới (đảo Mabrikia) thì lượng mưa hàng năm càng tăng, độ pH và tổng các cation kiềm trao đổi càng giảm Điều này giải thích lý do

Bảng l: Ảnh hưởng của lượng mưa đến một số tính chất của đất

Lượng mưa

hàng năm

(mm)

Nhiệt độ (oC)

[H+] (meq/100g đất) Tồng số cation kiềm trao đổi

Nguồn: Nguyễn Thế Đặng & Nguyễn Thế Hùng (1999)

Ở vùng khí hậu nhiệt đới hoặc cận nhiệt đới, sự phong hoá thường rất mạnh Chất SiO2 và các base bị phóng thích từ các đá và dễ bị cuốn trôi theo nước, chỉ còn lại các oxide Fe và oxide Al trong đất

Nhờ vậy, phẫu điện đất ở vùng cao miền nhiệt đới rất sâu, có khi đến hàng chục mét mới gặp tới đá Ở vùng khí hậu sa mạc, chỉ có sự hủy hoại cơ học làm đá bị vỡ hay bể do sự khác biệt lớn về nhiệt độ Ở vùng khí hậu ôn đới, các quá trình phong hoá hoá học dĩ nhiên không mạnh bằng ở vùng nhiệt đới, do đó phẫu diện đất thường sâu chỉ có vài mét

Trên trái đất có những đai khí hậu khác nhau: Hàn đới, ôn đới, nhiệt đới Tại những đai đó, những sinh vật tương ứng được hình thành và bởi vậy xuất hiện những đai đất đi kèm Điều đó nói lên vai trò của khí hậu với sự hình thành đất thông qua sinh vật

* Vi sinh vật

Một gam đất chứa hàng chục triệu thậm chí hàng ti vi sinh vật Trung bình 1 gam đất của Việt Nam chứa khoảng 60 - 100 x 106 vi sinh vật, chúng có vai trò rất lớn đối với quá trình hình thành đất, cụ thể:

- Cung cấp chất hữu cơ cho đất: Vi sinh vật là những sinh vật đi tiên phong, chúng là sinh vật đầu tiên sống trên mẫu chất và chết đi cung cấp lượng chất hữu cơ nhỏ nhoi nhưng vô cùng quý giá đầu tiên cho mẫu chất để biến mẫu chất thành đất

- Đóng vai trò quan trọng trong việc phân giải và tổng hợp chất hữu cơ: Cây chỉ

có thể hút các dinh dưỡng từ đất dưới dạng các chất khoáng đơn giản do vậy các chất hữu cơ và ngay cả một số loại phân bón khi được bổ sung vào đất đều phải nhờ vi sinh vật phân giải cây mới có khả năng hấp thụ Mặt khác, trong quá trình phân giải chúng lại tổng hợp nên một dạng hữu cơ đặc biệt, rất quan trọng trong đất đó là hợp chất mùn

- Cố định đạm từ khí trời: Trong đá mẹ, mẫu chất thiếu một yếu tố dinh dưỡng cơ bản đó là N Vi sinh vật cố định đạm góp phần tạo ra đạm mà mẫu chất không có Tuy nhiên ngoài mặt có lợi vi sinh vật đất còn có một số mặt hại như: làm mất đạm, thải ra một số khí độc, làm giảm pH đất, gây bệnh cho cây

* Thực vật

Thực vật đóng vai trò quan trọng trong quá trình hình thành đất Tuỳ theo thảm thực bì số lượng cũng như chất lượng chất hữu cơ trả lại cho đất khác nhau Thường một ha rừng trả lại cho đất 10 tấn cành khô, lá rụng/năm, khoảng 80% lượng chất hữu

cơ trong đất có nguồn gốc từ thực vật

Một số loại thực vật được dùng làm cây chỉ thị cho một số tính chất đất Ví dụ: Cây sim, mua chỉ thị đất chua; cây sú, vẹt chỉ thị cho đất mặn Tóm lại tác dụng của thực vật thể hiện ở các mặt sau:

- Cung cấp chất hữu cơ, tăng hàm lượng mùn, cải thiện các tính chất lý, hoá và sinh học đất

- Tập trung dinh dưỡng ở tầng sâu lên tầng đất mặt

- Hút và trả lại cho đất các chất dinh dưỡng phù hợp hơn với thế hệ sau do hút dinh dưỡng có chọn lọc

- Chuyển hoá chất hữu cơ tạo thành các chất dễ tiêu cho cây

- Xới xáo làm cho đất tơi xốp Đại diện như giun đất là "anh thợ cày" tích cực, mỗi ha đất tốt có bón phân có thể có tới 2,5 triệu con giun

1.3.3 Địa hình

Ðịa hình cũng ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp đến sự hình thành đất

- Ảnh hưởng trực tiếp: Các đặc trưng của địa hình như dáng đất, độ cao, độ dốc ảnh hưởng trực tiếp đến nhiều quá trình diễn ra trong đất Vùng đồi núi, vùng đồng bằng cao quá trình rửa trôi xói mòn diễn ra mạnh Ngược lại trong các thung lũng ở

nước trong đất cũng phụ thuộc địa hình; vùng cao thường thiếu nước, quá trình oxy hoá diễn ra mạnh; vùng trũng thường dư ẩm, quá trình khử chiếm ưu thế kết quả ở các địa hình khác nhau hình thành nên các loại đất khác nhau

- Ảnh hưởng gián tiếp: địa hình ảnh hưởng gián tiếp đến sự hình thành đất thông qua yếu tố khí hậu và sinh vật Càng lên cao nhiệt độ càng giảm dần theo quy luật độ cao tăng 100 m, nhiệt độ giảm 0,5 oC, đồng thời ẩm độ tăng lên Sự thay đổi khí hậu kéo theo sự thay đổi của sinh vật Ở các độ cao khác nhau có các đặc trưng khí hậu và sinh vật khác nhau Các nhà thổ nhưỡng đã phát hiện được quy luật phát sinh đất theo

Bảng 2: Quy luật hình thành đất theo độ cao trên dãy núi Hoàng Liên Sơn

Địa hình tác động đến quá trình hình thành đất Việt Nam thể hiện ở chỗ:

- Ở các vùng cao có nhiệt độ thấp hơn nhưng ẩm độ cao hơn Càng lên cao xuất hiện nhiều cây lá nhỏ, chịu lạnh, đất có hàm lượng mùn tăng, quá trình feralít giảm Đây là lý do các vùng cao như Đà Lạt, Mộc Châu, Sapa có khí hậu mát mẻ và đất có hàm lượng mùn khá hơn

- Địa hình còn làm thay đổi tiểu vùng khí hậu do nhiều nơi địa hình quyết định hưởng và tốc độ của gió, làm thay đổi độ ẩm, thảm thực bì của đất rất lớn Do bị chắn bởi dãy Trường Sơn mà một số vùng bị ảnh hưởng của gió phơn tây nam rất mạnh như: Hoà Bình, Lai Châu, Thanh Hoá, Nghệ An

- Địa hình trong khu vực nhỏ trực tiếp góp phần phân bố lại vật chất, làm thay đổi độ ẩm, nhiệt độ, độ tăng trưởng của sinh vật, sự vận chuyển nước trên bề mặt và trong lòng đất Những nơi địa hình cao, dốc, nước chảy bề mặt nhiều, nước thấm ít, độ

ẩm đất thấp hơn chỗ trũng Do dòng chảy bề mặt lớn, đất bị xói mòn, rửa trôi xuống các vũng trũng nên các chỗ trũng, bằng phẳng thường có tầng đất dày hơn, hàm lượng dinh dưỡng khá hơn so với nơi dốc nhiều

hợp) Nhiều thí nghiệm đã được thực hiện và kết luận rằng mẫu chất là yếu tố quan trọng, nó chi phối mọi yếu tố khác

Mẫu chất bao gồm nhiều loại đá khác nhau (đá magma, đá biến chất, đá trầm tích) Đá lại gồm nhiều tinh khoáng Các tinh khoáng này có chỉ số phong hoá theo thứ

tự (weathering sequence) (Theo Jakson và Sherman)

Nhóm thạch cao (trong đó có thể kể thêm: muối mỏ, nitrate natri)

Nhóm calcite (kể cả dolomite, aragonite, apatite)

Nhóm hornblende (trong đó có thể kể: pyroxene, olivine)

Nhóm gibbsite (boehmite, allophan)

Nhóm hematite (goethite, limonite)

Nhóm anatase (zircon, rutile, corindon )

Khi đá có sự kết hợp tinh khoáng chặt chẽ thì nó khó bị hủy hoại Trái lại khi đá mềm hoặc có nhiều lỗ hổng thì các lỗ hổng này hấp thu ẩm độ, oxy, carbonic khiến cho sự hủy hoại nhanh hơn Chẳng hạn, nếu đá xếp hình như những lá thì rất dễ bị phong hoá Một đá phiến thạch có các mặt phẳng phiến nghiêng với mặt đất thì nước

và rễ cây sẽ xen vào đá dễ hơn và sự phong hoá cũng diễn ra nhanh hơn

Tóm lại, đá lớn sẽ bị vỡ thành đá nhỏ và đá nhỏ vẽ vỡ vụn thành tinh khoáng Như vậy, với sự phong hoá cơ học, đá lớn sẽ vỡ ra các tinh khoáng Những tinh khoáng dưới tác dụng cơ học, hoá học (sự thủy phân và thủy hoá của nước) sẽ trở nên mềm hơn Một phần chất sắt trong tinh khoáng bị oxy hoá và thủy hoá nên đất có màu

đỏ hay màu nâu vàng Cùng với các thay đổi này, những cation như Ca2+, Mg2+, K+ và

Na+ cũng bị carbonate hoá và hòa tan Dần dần, các chất này sẽ bị cuốn trôi theo nước, các tinh khoáng sơ khởi trong đá mất đi và nhường chỗ cho những vật liệu khác nhỏ hơn như các loại sét và các chất oxide Fe và Al

Hình 2: Sơ đồ chuyển hóa khoáng trong đất

Mất K hoàn toàn

Kaol

Chua nhiều

Chua nhiều MSi ất Oxide

Khí hậu nóng ẩm

Khí hậu nóng Khí hậu lạnh khô

Nói một cách tổng quát thì đất càng trẻ thì sự liên hệ của nó đến mẫu chất càng nhiều vì các yếu tố khác chưa ảnh hưởng mạnh mẽ đến đất Khi các tiến trình thổ nhưỡng và phong hoá tác động lên mẫu chất càng nhiều thì ảnh hưởng của mẫu chất càng ít đi Ở đất phong hoá mạnh và đất già cỗi thì ảnh hưởng của mẫu chất rất ít Khi nghiên cứu về mẫu chất thì cần chú ý đến yếu tố nào vẫn còn ảnh hưởng cả về lượng lẫn về loại Thường thì việc nghiên cứu tác động của mẫu chất rất khó, do tính phức tạp của môi trường trong quá khứ và khó có thể tách ảnh hưởng của mẫu chất ra khỏi ảnh hưởng của những yếu tố khác (tiêu nước, khí hậu, thực vật) Ảnh hưởng của loại

đá nơi mà mẫu chất xuất phát có ảnh hưởng quan trọng đến thành phần của đất

Theo con đường di chuyển hoặc kết hợp với nguồn gốc của mẫu chất có các loại sau:

Mẫu chất là trầm tích do băng hà

Mẫu chất là trầm tích do gió cuốn tạo nên

Mẫu chất là trầm tích đồng bằng ven biển

Mẫu chất là trầm tích cổ từ đá vôi và dolomite

Mẫu chất từ đá thô hạt

Mẫu chất từ đá phiến sét

Mẫu chất từ granite và granite gneiss

Mẫu chất từ schist

Mẫu chất từ các loại đá tối màu giàu sắt, mangan

Mẫu chất có từ tro núi lửa

1.3.5 Thời gian

Mối liên hệ giữa đất và thời gian có thể được thảo luận với các yếu tố (1) giai đoạn phát triển tương đối; (2) định tuổi tuyệt đối của các tầng và phẫu diện đất; (3) mức độ phát triển; (4) thời gian phát triển của các độ dốc, dạng của đất đai và các dạng phức do phong hoá tạo nên và (5) sự khám phá từ thí nghiệm do con người sau đó ứng dụng ra ngoài đồng ruộng và từ ngoài đồng tác động trở lại trong phòng thí nghiệm

* Giai đoạn phát triển tương đối

Các từ vựng đã được dùng để diễn tả thời gian tương đối là: trẻ, trưởng thành và già Các từ này được đặt ra để mô tả và nhận diện các địa mạo, sau đó đã sử dụng cho đất Từ đã sử dụng như là azonal soils bao gồm bộ Entisols (trẻ) và Inceptisols (bắt đầu phát triển) các đất này có thể được xem là đất trẻ Đất chưa trưởng thành có thuật ngữ để chỉ là intrazonal soils, sự phát triển của đất này được thể hiện qua các yếu tố:

có nhiều nước, muối hoặc carbonate Đất trưởng thành còn được gọi là zonal soils, đất này được phát triển trong một môi trường cân bằng (hoặc ổn định) Đất già là loại đất

có sự tích tụ của oxide kim loại trơ (nó không còn phản ứng với các chất khác nữa) và các kim loại nặng Các chiều hướng phát triển của đất theo thời gian có thể là:

- Vẫn còn giữ mãi là zonal soils, phẫu diện của nó vẫn còn giữ được trong lớp mẫu chất nguyên thủy vì tốc độ xói mòn nhanh đồng thời với việc thành lập đất

- Đất trở nên bị già cỗi

- Trở nên là mẫu chất của loại đất khác do sự thay đổi đột ngột của sinh vật, khí hậu hoặc các hoạt động địa chất khác

- Bị chôn vùi

- Biến mất do xói mòn và là mẫu chất ở một nơi khác

* Tuổi của các tầng đất và phẫu diện

Thường có hai cách để định tuổi của một tầng đất đó là dựa vào sự phát triển của cây cổ thụ và sử dụng chất carbon 14C Các vùng đồi nhiều vôi ở Anh Quốc được định tuổi dựa vào cây Salix Repens và thời gian để rửa trôi vôi (ở vùng này khoảng 300 năm) Để có một lượng chất hữu cơ ổn định trong đất thường mất khoảng 240 năm Các vùng đắp đê ngăn mặn ở Hà Lan thường mất một thời gian tương tự để rửa trôi lượng vôi Nhiều vùng đất rừng ở Alaska, đất phát triển trên mẫu chất có nguồn gốc do băng hà tạo nên, ở đây có lớp hữu cơ trên mặt có tuổi khoảng 15 năm (đến năm 1969), bên dưới là tầng A màu nâu, có thành phần cơ giới là loam pha thịt có tuổi là 250 năm

và một biểu loại đất Podzol có chiều dày là 25 cm có tuổi là 1.000 năm Các loại đất phát triển trên loại đá trơ có tuổi khoảng 2.000 năm và các loại đất ở vùng Bắc Âu có tuổi khoảng 72.000 năm và một số có tuổi khoảng 112.000 năm (các đất này có mẫu chất khác nhau)

Thí dụ ở Đồng Bằng Sông Cửu Long thuộc vào kỷ đệ tứ (Quaternary), có hai loại trầm tích chính (tính theo thời gian) là Holocene (phù sa mới) và Pleistocene (phù sa cổ) Cần phân biệt tuổi địa chất và tuổi thổ nhưỡng, thí dụ: Đồng Bằng Sông Cửu Long có tuổi địa chất từ 10.000 - 20.000 năm nhưng nhiều nơi đất có tuổi về thổ nhưỡng thậm chí khoảng 20 - 30 năm Câu hỏi cần đặt ra là phải mất bao lâu mới có thể thành lập được từ 2 - 3 cm đất Các nhà thổ nhưỡng thì không tính theo chiều dày

là cm mà tính theo tầng đất, solum và phẫu diện Một cách tổng quát, để thành lập được một tầng đất thì phải mất một thời gian rất lâu trừ đất phèn

1.4 MỘT SỐ QUÁ TRÌNH XẢY RA TRONG ĐẤT

1.4.1 Quá trình hình thành đá ong và kết von

Quá trình này còn được gọi là quá trình tích lũy tuyệt đối Fe, Al

* Quá trình hình thành đá ong

Về mùa mưa các chất Fe bị hòa tan trong nước dưới dạng oxide và hydroxide Fe hoá trị 2, Al thì tồn tại trong các keo sét, chúng được di chuyển theo nước Sự di chuyển bằng 2 đường chính là từ nước chảy tràn trên mặt đất và từ nước ngầm Tất cả được trôi xuống nước ngầm tích đọng lại ở chân đồi núi Đến mùa khô, khi lớp đất trên mặt bị khô hạn, nước ngầm theo khe mao quản bốc lên tầng mặt đất, rồi bị oxy hoá thành oxide và hydroxide Fe hoá trị 3 kết tủa lại thành vệt sắt dưới dạng HFeO2

dần lên và nhiều ra nối liền lại với nhau làm thành một mạng lưới sắt dày đặc, bao bọc

ở giữa nhiều ổ keo kaolinite (Al2O3.2SiO2.2H2O), tạo nên đá ong

Khi ở dưới đất, đá ong còn mềm, khi lộ ra ngoài mặt đất các vệt oxide Fe bị oxy hoá thêm và bị khử nước, nên tiếp tục kết tinh cứng rắn lại, các ổ kaolinite mềm nên bị

ăn mòn đi để lại những lỗ như tổ ong, nên gọi là đá ong Thành phần chủ yếu của đá ong là oxide và hydroxide sắt

Đá ong có 3 loại: Tổ ong, hạt đậu và phiến Đá ong tổ ong thường gặp ở các vùng đồi thấp tiếp giáp với đồng bằng Đồi càng trọc, càng trơ trụi thì đá ong càng nhiều và

sự xuất hiện càng nông, thậm chí tạo thành c ác bãi đá ong lộ thiên Ở những vùng núi

đá vôi, Fe gặp môi trường trung tính hay kiềm sẽ kết tủa lại các hạt sắt tròn, lâu ngày

các hạt sắt tròn nối liền với nhau kết gắn lại tạo nên đá ong hạt đậu Trong trường hợp nhiều lớp sắt chồng chất lên nhau thì tạo ra đá ong dạng phiến Loại này ít gặp và nguyên nhân chưa rõ

Như vậy đá ong hình thành là do nước ngầm và sự bốc hơi của nước ngầm quyết định Vì thế ở những nơi nước ngầm không tích lũy được (ở đỉnh núi đồi hoặc sườn núi đồi) hoặc ở vùng đồng bằng thường xuyên có nước trên mặt (hạn chế được sự bốc hơi của nước ngầm) thì không hình thành đá ong

Sự xuất hiện đá ong là dấu hiệu của sự thoái hoá đất Những đất có đá ong thì chua, nghèo dinh dưỡng ảnh hưởng xấu đến sinh trưởng phát triển của nhiều loại cây trồng Đá ong sẽ làm c ho tầng đất mặt mỏng dần, thậm chí không thể canh tác được nữa

* Quá trình hình thành kết von

Về cơ chế hình thành cũng do Fe2+ bị oxy hoá thành Fe3+ tích lũy trong đất ở dạng Fe(OH)3 hoặc Fe2O3.nH2O, tạo nên những giáp sắt bao quanh vật thể nào đó hoặc kết tủa sắt ở dạng viên, gọi là những hạt kết von Như vậy về nguồn gốc hình thành khô ng phải chỉ từ nước ngầm, mà có thể ngay từ dung dịch đất, vì bản thân trong đất nhiệt đới ẩm vốn dĩ chứa nhiều sắt

Dựa vào hình dạng và nguyên nhân tạo kết von mà chia ra: Kết von tròn, kết von hình ống, kết von gạc nai hoặc củ gừng và kết von giả Kết von tròn có một nhân ở giữa và sắt tạo thành những vòng cầu đồng tâm xung quanh nhân, thường được kết tủa

từ dung dịch thật, có màu nâu đen, nếu màu đen và mềm là kết von MnO2, kết von hình ống thường rỗng ở giữa, kết von giả là các mảnh đá hay khoáng vật được sắt bao bọc xung quanh

Quy luật phân bố của kết von:

- Ở những đồi thấp chỗ nào cũng có kết von, nhưng nhiều nhất là ở chân đồi (vì nơi ấy tụ đọng được nhiều sắt)

- Ở vùng núi ít có kết von (hoặc chỉ có kết von giả mà thôi)

- Những nơi tiếp giáp với đá vôi hoặc đất có nhiều vỏ sò, hến thì hàm lượng kết von tăng vọt (chứng tỏ cation kiềm có ảnh hưởng lớn đến việc kết tủa sắt)

- Những vùng đất thấp bằng thì ít có kết von hoặc chỉ gặp kết von tròn mà thôi; Đất ngập nước quanh năm thì không có kết von

Nếu kết von còn ít từ 10 - 15% và ở sâu thì chưa ảnh hưởng lớn, thậm chí một số cây lại mọc tốt trên loại đất này (như cây dứa)

1.4.2 Quá trình glây

Quá trình glây (gley) là hiện tượng đặc trưng xảy ra trong đất yếm khí, đất ngập nước dài ngày (đất thừa ẩm), phổ biến ở vùng đất đồng bằng và một số đất ngập nước vùng đồi núi như: đất lầy thụt, đất thung lũng dốc tụ trồng lúa nước Bản chất của quá trình glây là quá trình khử sinh vật rất phức tạp trong điều kiện yếm khí, với sự tham gia c ủa vi sinh vật yếm khí

Một đặc điểm quan trọng của quá trình glây là s ự tích lũy các sản phẩm khử:

Fe3+ thành Fe2+do kết quả hoạt động của vi sinh vật yếm khí (nhóm vi sinh vật khử Fe

và vi khuẩn Clostridium), cùng với sự khử Mn4+ thành Mn2+ và các sản phẩm phân

giải chất hữu cơ trong điều kiện yếm khí (CH4, H2, H2S ) Fe2+ sau khi được hình thành, nếu đất tiếp tục bị yếm khí thì nó cùng với silicat và khoáng sét tái tổng hợp ra silicat thứ sinh, trong đó Fe ở dạng hoá trị 2 làm cho các khoáng này có màu xanh, xanh lơ, hay xanh thẫm Tầng đất chứa nhiều khoáng thứ sinh này sẽ có màu xanh đặc trưng và có mùi tanh hôi, gọi là tầng glây (sét gan trâu)

Nếu tình trạng ẩm của đất không kéo dài thì tầng glây không hình thành mà chỉ hình thành những vệt glây, tầng đất có rải rác những vệt glây gọi là tầng bị glây hoá Sản phẩm xuất hiện đầu tiên trong quá trình khử sắt là Fe(HCO3)2 Hợp chất sắt Fe(HCO3)2 rất dễ di động và háo khí, khi gặp oxy nó bị oxyhoá thành Fe3+

4Fe(HCO3)2 + O2 + 2H2O  4Fe(OH)3 + 8CO2 Quá trình này tạo nên lớp váng có màu đỏ trên mặt ruộng ngập nước lâu ngày và những vệt đỏ vàng loang lổ xen kẽ với các vệt xám xanh trong đất có điều kiện khô và

ẩm xen kẽ Nếu điều kiện khô hạn kéo dài thì tạo thành kết von rải rác với các vệt glây

Quá trình glây còn sinh ra Mn2+ là ion dễ bị rửa trôi như sắt Đó là hiện tượng tầng canh tác của đất phù sa bị nhạt dần từ màu nâu sang màu nâu nhạt, là do Fe2+ và

Mn2+ bị rửa trôi nhiều, tạo ra đất gọi là đất "bạc điền" hay đất "gan gà"

Trong quá trình glây còn tạo ra H2S và FeS H2S tạo ra nhiều trong điều kiện đất

có nhiều chất hữu cơ, lúc đó sẽ gây độc cho cây Đó là hiện tượng xảy ra ở đất bạc màu nếu vùi nhiều cây phân xanh mà cấy ngay thì sẽ làm cho rễ lúa bị thối đen FeS sinh ra nhiều hay ít phụ thuộc vào lượng Fe trong đất, nhưng FeS không hại cho cây trồng nhiều vì nó rất khó tan

Quá trình glây này còn hình thành một số khoáng rất khó bị oxyhoá như FeCO3

nghèo lân dễ tiêu

Trong quá trình glây, đạm cũng bị biến đổi nhiều NO3-bị khử thành N2 làm mất đạm của đất Còn đối với lân thì phosphate sắt 3 bị khử thành phosphate sắt 2 dễ tan hơn lại có lợi cho cây Vì vậy bón dạng lân khó tan (như apatit, phostphorite) một lượng lớn sẽ có tác dụng lâu dài cho nhiều vụ sau

Như vậy: Quá trình glây xảy ra mạnh ở những đất ngập nước lâu ngày, như đất lầy, đất phù sa úng nước, đất phèn Ở những đất như đất cát, đất bạc màu, đất đỏ vàng trồng lúa nước, đất trồng một vụ lúa và một vụ màu thì trong phẫu diện đất có thể xuất hiện tầng bị glây hoá mà thôi

Tùy theo thời gian ngập nước, mức độ yếm khí trong đất và độ sâu của mực nước ngầm mà tầng glây dày hay mỏng và ở nông hay sâu Đặc điểm chung của tầng đất glây là có thành phần cơ giới nặng, dẻo, dính, bí chặt, không có kết cấu, đất chua, nhiều chất độc cho cây trồng như CH4, H2S

Đất bị glây mạnh, tầng glây ở nông thì ảnh hưởng xấu đến sinh trưởng và phát triển của cây, kể cả những cây ưa nước như lúa Vì vậy ở những đất bị glây mạnh ta phải thay đổi môi trường đất từ trạng thái khử sang trạng thái oxy hoá

1.4.3 Quá trình hình thành đất phèn

* Tiến trình hình thành đất phèn tiềm tàng

Tiến trình khử trong điều kiện đầm lầy lợ - mặn

Trầm tích được lắng tụ dưới nước thường có chứa chất hữu cơ mịn, chất hữu cơ này có lẫn với trầm tích trước khi lắng tụ Ở đất có chu kỳ bão hòa nước hoặc lũ thường có lượng chất hữu cơ giảm theo độ sâu Thành phần chất hữu cơ gồm các rễ cây chết, chất thải, phân của động vật chúng là những chất dễ phân hủy Thành phần này phân bố rất thất thường(1), khác nhau cả về lượng và thành phần so với các khoảng cách trên mặt đất Các vi sinh vật sử dùng chất hữu cơ này như là nguồn năng lượng cho chúng Bất kỳ oxygen nào hiện diện cũng đóng vai trò của chất nhận điện tử Suốt tiến trình hô hấp của vi sinh vật, CO2 và H2O được sinh ra từ chất hữu cơ và O2 Khi toàn bộ O2 hiện diện bị khử, việc khuếch tán của O2 từ không khí xuyên qua nước mặt

và xuyên qua đất bão hòa nước là tiến trình rất chậm Lượng O2 cung cấp do khuếch tán chỉ đủ cho vi sinh vật hoạt động ở độ sâu vài mm ở mặt đất Ở các độ sâu trong phẫu diện, O2 bị sử dụng hết trong khoảng vài ngày cho đến khoảng 1 tuần sau khi ngập nước trong điều kiện nhiệt đới Điện thế oxy hóa khử là một chỉ thị cho thấy sự chiếm ưu thế của hợp chất oxy hóa trên chất khử và trị số này bắt đầu giảm sau khi

ngập nước

Khi O2 không còn nữa, vi sinh vật sử dụng theo trình tự các chất nhận điện tử khác nhau để oxy hóa chất hữu cơ và làm cho điện thế oxy hóa khử tiếp tục giảm Đầu tiên các hợp chất nitrate NO3- và Mn(IV) bị khử, nhưng mà hai chất này hiện diện dưới một lượng nhỏ Fe(III) hydroxide và oxide thường rất nhiều ở các loại đất có chu kỳ khô và ướt, chất này bị khử kế tiếp để cho ra Fe2+ ở trị số điện thế oxy hóa khử thấp Trong khi đó đất trung tính, thoát nước tốt có thể có điện thế oxy hóa khử khoảng 350 tới 550 mV, còn ở các loại đất có oxide sắt đang bị khử có Eh khoảng +100 đến +200mV Khi các oxide sắt có thể khử được bị khử hết, hoặc trong các trường hợp nơi

mà hoạt động của vi sinh vật quá cao và việc khử oxide sắt không còn đáp ứng được cho hoạt động của vi sinh vật thì SO42- được sư dụng như chất nhận điện tử, lúc này thì

Eh sẽ nhỏ hơn 0 Cuối cùng, trong những trường hợp khử cực mạnh, sự lên men của chất hữu cơ có thể xảy ra Trong tiến trình này, một phần chất hữu cơ có thể bị oxy hoá trong khi một phần khác thì bị khử cho ra methane (CH4) Sự hô hấp ở trị số Eh tiếp tục thấp nó cung cấp cho vi sinh vật một lượng ít năng lượng và liên tục trên mỗi đơn vị chất hữu cơ bị oxy hóa, một lượng lớn năng lượng duy trì trong các sản phẩm

có phản ứng khử của các chất nhận điện tử

Các sản phẩm tạo ra lúc đất bị khử

Các phản ứng sinh ra lúc đất bị khử bao gồm khí N2 và khí N2O từ nitrat, các

Mn2+, Fe2+ trao đổi và hòa tan từ oxide Mn(IV) và Fe(III), H2S từ sự khử SO42- Trong

sự hiện diện của Fe2+, H2S bị trầm hiện dưới dạng FeS được hình thành Trong điều kiện có sự oxy hóa nhẹ, không liên tục như trong trường hợp lên xuống của thủy triều, FeS2 được hình thành từ FeS và H2 Thực ra, nếu có FeS hiện diện trong đất thì cũng với nồng độ thấp, trong khi đó ở nhiều loại đất ven biển có chứa một lượng lớn (vài %)

(1) Thất thường ở đây muốn chỉ rằng trong phẫu diện đất chất hữu cơ hiện diện không theo tầng, mà chúng phân

bố nơi nhiều nơi ít trong phẫu diện

pyrite Sản phẩm sinh ra do sự lên men chất hữu cơ bao gồm H2, CH4, NH4+, H2S và CO2 và một ít carbonate

Pyrite ở các đất ven biển được tích tụ trong điều kiện mặn hoặc lợ thường có thảm thực vật bên trên là đước ở các vùng nhiệt đới hoặc lao sậy ở các vùng ôn đới SO42- xuất phát từ nước biển và được thủy triều cung cấp Rễ cây đước hoặc sậy chết

là nguồn cung cấp hữu cơ cho việc khử sulphate Pyrite thì thường được tập trung trong các mặt vở của rễ hoặc các thân cây bán phân hủy Oxide sắt cần cho việc hình thành FeS2 thì thường hiện diện trong trầm tích Các hợp chất khử và oxyt hóa được hình thành theo trình tự khi đất bị khử Nồng độ Fe2+ không giữ cao mãi mà nó giảm sau khi đạt đỉnh cao do sự hình thành sulphide-Fe nếu đất tiếp tục bị khử

Các dấu hiệu cho thấy đất bị khử

Trong điều kiện háo khí, đất có chứa các hợp chất sắt trầm hiện, do đó đất có màu thay đổi từ đỏ đến nâu nhạt khi nó không có sự hiện diện màu xám của chất hữu

cơ Trong điều kiện khử, màu đất có thể thay đổi từ màu xám đến xám xanh Tùy thuộc vào lượng hợp chất Fe2+ hoặc đôi khi có màu đen do màu của FeS nhuộm nền đất Pyrite không ảnh hưởng đến màu của đất, tuy nhiên ở chất hữu cơ bán phân hũy, trong đó có FeS2 hiện diện thì có màu xám tối hoặc đốm đen trong màu xám của nền nếu sét chứa FeS2 Tuy nhiên không phải đất có nhiều FeS2 lại có đốm như vậy Khi đất bị ướt cả năm đất bị bão hòa nước, đất bị khử khi có sự hiện diện của một ít chất hữu cơ như là nguồn năng lượng (chỉ vài %) Không có chất hữu cơ sẽ không có hoạt động của vi sinh vật yếm khí Chính sự hô hấp của vi sinh vật làm cho đất bị khử Ngay cả khi đất bị khử, lượng oxide sắt dưới dạng của các đốm hiện diện hầu như không bị mất đi Màu của nền đất do đó mà là một dấu hiệu tốt để chỉ tình trạng khử

và oxy hóa của đất hơn là màu của đốm hiện diện

Sự tích tụ pyrite

Trong phần lớn đất phèn tìêm tàng, pyrite hiện diện dưới dạng Fe(II) sulfide Hàm lượng pyrite trong đất phền tiềm tàng nằm trong khoảng 1 đến 5% theo khối lượng Pyrite thường hiện diện trong đất dưới dạng như chùm nho và có kích thước từ

2 đến 40 m đường kính, cũng có thể hiện diện dưới dạng viên riêng lẽ có kích thước

từ 0.1 đến 5 m đường kính Pyrite bền trong một khoảng rộng pH và trong điều kiện khử mạnh Sự hình thành pyrite được bắt đầu từ sự khử sulphate Suốt thời gian khử sulphate vi khuẩn sử dụng sulphate để oxy hóa chất hữu cơ và từ từ sulphate bị khử để cho ra S(-II) đây chính là dạng lưu huỳnh trong H2S FeS màu đen có thể được hình thành trước, nhưng vì hợp chất này không bền về mặt nhiệt động học cho nên nó chuyển thành dạng pyrite Pyrite cũng có thể trầm hiện trực tiếp từ dung dịch Pyrite là chất có hai lưu huỳnh, trong hợp chất này S có trạng thái oxy hoá cao hơn (S(-I)) so với S trong H2S hoặc S trong FeS (S(-II)), do vậy một tác nhân oxy hóa thì cần thiết để hình thành pyrite, nghĩa là trong suốt qúa trình khử phải có sự xen kẻ oxy hóa, thí dụ như đất bị khử mà có thủy triều lên xuống sẽ tạo ra cho đất có một thời gian ngắn bị oxy hóa Oxygen thì cần thiết hơn cả để làm tác nhân oxy hóa

Tóm lại sự hình thành pyrite bao gồm các bước sau:

(1) khử sulphate thành sulfide do vi khuẩn tạo nên

(2) oxit hóa sulfide dể cho ra disulfide và phản ứng của disulfide với sắt

Nếu Fe2O3 là nguồn cung cấp Fe thì phản ứng hình thành pyrite có thể viết như sau:

Fe2O3 + 4SO42- + 8CH2O + 1/2O2  2FeS2 + 8HCO3- + 4H2O

Trong đó CH2O tượng trưng cho chất hữu cơ Như vậy để hình thành được pyrite cần thiết phải có:

- sulphate

- khoáng có chứa sắt

- chất hữu cơ có thể đồng hóa được

- vi khuẩn khử sulphate

- trong môi trường yếm khí có sự háo khí có giới hạn (nhẹ)

Trong môi trường nước ngọt nồng độ sulphate quá ít để hình thành một lượng pyrite đáng kể Trong môi trường đầm lầy rừng sát có biến động của triều có nguồn sulphate dồi dào từ nước mặn và từ xác bã rừng sát và nơi đây có khả năng hình thành một lượng lớn pyrite Điều này không có nghĩa là tất cả các rừng sát đều có hàm lượng pyrite cao Sự hình thành pyrite thì tương đối nhanh trong diều kiện rừng sát có biến động của triều xuyên qua các tế khổng sinh học trong đất Sự hình thành pyrite thì rất chậm ở các vùng nước bị tù đọng thí dụ như tầng dưới của đất nơi mà triều không còn ảnh hưởng tới hoặc ở những vùng có ít kênh, rạch Có nhiều lí do để gỉai thích tại sao pyrite được hình thành nhiều ở những nơi có sự biến động của triều: (1) biến động của triều cung cấp một lượng đủ O2 (tạo ra sự oxy hoá nhẹ) cần cho sự hình thành pyrite, (2) triều lên xuống lấy di một lượng bicarbonate làm tăng pH và do đó mà tăng tốc độ hình thành pyrite

b Tiến trình hình thành đất phèn hoạt động

Sự oxyt hóa pyrite, sự hình thành và thủy hóa jarosite

Pyrite trong đất trầm tích biển thường xuất hiện ở dạng chùm, tròn tích tụ thành các cụm (ổ) chỉ thấy được dưới kính hiển vi, mỗi cụm có các tinh thể pyrite Các hạt này giống như dạng chùm nho dưới kính hiển vi, có thiết diện riêng cao Khi không khí thâm nhập vào đất có pyrite, pyrite bị oxy hóa một cách nhanh chóng do tác động của vi khuẩn lưu huỳnh (Thiobacillus Spp), nó sử dụng pyrite như nguồn năng lượng Sản phẩm cuối cùng của việc oxy hóa pyrite là Fe(OH)3 và H2SO4 Trong vài ngày đến vài tuần sau khi bắt đầu oxyt hóa, pH trong đất giảm đến trị số cực thấp thường từ 2.5 - 3.5 Không phải tất cả pyrite đều bị oxyt hóa khi không khí thâm nhập vào đất Một phần do bị đóng kín trong rễ cây chết hoặc gỗ, cấu trúc của nó thì gần như không có không khí vào được Đặc biệt là ở đất nằm trên các mỏ than đá, một phần pyrite có thể

ở dưới dạng tinh thể hình khối, có thiết diện riêng thấp Chất này có thể tồn tại dưới điều kiện oxyt hóa trong nhiều năm

Một chất trung gian quan trọng trong khi oxyt hóa pyrite là jarosite đó là một potassium-sắt (III) sulphate, KFe3(SO4)2(OH)6 Chất này có thể được hình thành ở pH dưới 4 và hoạt tính của K+ cao và K+ thì thường xuất hiện ở đất có nguồn gốc biển, qua công thức cho thấy jarosite chính nó thì không quan trọng cho đặc tính hóa học của đất

và cho cây trồng, nhưng nó là một chỉ thị tốt cho đất phèn hoạt động hoặc các tầng phèn với màu vàng nhạt (vàng rơm) Khi pH lại gia tăng ở tầng có jarosite thí dụ như

do rửa trôi H2SO4, jarosite trở nên không ổn định và bị thủy phân Sản phẩm của sự

thủy phân jarosite cho ra các oxide và hydroxide sắt III và một ít H2SO4 Khi jarosite

bị thủy phân, đốm vàng jarosite trở nên nâu bắt đầu từ các góc cạnh Các đốm đó có màu lẫn lộn so với màu vàng rơm của nó, điều này chứng tỏ đất trở nên ít chua hơn Trong một số trường hợp, trên đât phèn thật sự nhưng không tìm thấy jarosite, việc jarosite không hình thành được có thể do nhiều nguyên nhân như là:

1-Nồng độ các đơn chất cấu thành không đủ cao,

2- Do nhiều chất hữu cơ hiện diện,

3- Hoặc có sự hiện diện nhưng do chất hữu cơ làm mất màu vàng của nó Môi trường trong đó pyrite được hình thành thường ít mặn, sâu trong đất liền hơn

là gần biển hoặc gần nơi có thủy triều ở các vùng khí hậụ ẩm Tốc độ tích tụ của trầm tích cũng kém ở trong đất liền Thảm thực vật dày đặc hơn ở phần gần biển và ở đó các xác bả hữu cơ và thực vật chết nhiều hơn Đưa đến kết quả là những nơi đó có pyrite nhiều hơn và bên cạnh pyrite thì ở đất này có các dạng sulfur được bao bọc trong chất hữu cơ cũng tồn tại với pyrite Khi oxy hóa đất này, đất trở nên cực kỳ acid nhưng ở đất nhiều hữu cơ thường thì không tìm thấy jarosite ở đất

Ở đất kiềm, H2SO4 được hình thành từ việc oxy hóa các hợp chất lưu huỳnh ở dạng khử, chúng bị trung hòa một cách nhanh chóng do sự hiện diện của CaCO3 CO2

từ vôi biến mất trong không khí và các calcium sulphate được hình thành Chất này trầm hiện trong đất ở dạng CaSO4.2H2O có màu nâu, tích số hòa tan của chất này vượt cao Ở đất có lượng vôi dư thừa so với lượng acid được hình thành từ sự oxy hoá pyrite, pH đất vẫn giữ gần trung tính vì acid sinh ra phản ứng nhanh với vôi Nếu pyrite cao, một ít jarosite có thể được hình thành từng đốm trong các lỗ hỗng của đất, ngay cả nằm xen lẫn với sét ở đất không quá chua Những loại đất này được gọi là para (gần như) hay Pseudo-(giống một cách lầm lẫn) đất phèn

Sự hiện diện của gypsum ở đất sét biển vẫn còn mặn và thích hợp cho sư ổn định

về cấu trúc suốt thời gian rửa mặn như đã được thảo luận ở chương trước Trước khi thảo luận sự oxy hóa pyrite có liên quan đến đất phèn, kết luận chính yếu của hai lý thuyết trên trong chủ đề này của Van Breemen, 1973; Bloomfield & Coulter, 1973 sẽ được tổng kết một cách vắn tắt Pyrite thì ổn định ở Eh thấp có nghĩa là dưới điều kiện khử, và sẽ bị oxy hóa trong môi trường có oxy, tuy nhiên oxy hòa tan trong chất lỏng, tấn công pyrite chậm chạp, trước hết cho Fe2+và nguyên tố S :

FeS2 + 1/2O2 + 1/2H+  Fe2+ + 2Selem + H2O (a)

Xúc tiến sự oxy hóa nguyên tố S cho ra SO42- với oxy là tác nhân oxy hóa, đây là một tiến trình chậm hơn, mặt khác sắt tam hòa tan phản ứng nhanh chóng với pyrite theo sau:

FeS2 + 2Fe3+  Fe2+ + 2Selem (b)

Dưới hầu hết những điều kiện thí nghiệm, đẩy mạnh sự oxy hóa nguyên tố sulphur bằng sắt tam thì xảy ra thật sự ngay tức khắc, và tổng số những phản ứng diễn tiến có như sau :

FeS2 + 14Fe3+ + 8H2O  15Fe2+ + 16H+ + 2SO42- (c)

Bởi vì sắt tam thì hòa tan đáng kể chỉ ở pH < 4, phản ứng (b) và (c) bị giới hạn trong môi trường acid Trong sự hiện diện của oxy, sắt nhị sản sinh bằng phản ứng (c)

có thể bị tiếp tục oxy hóa cho ra sắt tam và như thế sự oxy hóa pyrite có thể tiếp tục Tuy nhiên, có sự hạn chế nổi bật là ở pH thấp sự oxy hoá sắt nhị bởi oxy thì chậm Nhưng một số vi khuẩn tự dưỡng, có khả năng lấy năng lượng từ sự oxy hóa của sulphur dạng khử, đây là được coi như là một phương tiện làm cho phản ứng tiếp tục xảy ra mà trong hoá học thuần túy không thể có được, hoạt động này của vi sinh vật đã được đánh giá rất cao trong việc oxy hoá hoàn toàn pyrite Hầu hết những vi khuẩn

quan trọng thuộc loại thiobacillus, thường kể đến như là thiobacilli, T.thioparus và nhiều thiobacilli khác oxy hóa nguyên tố S và một số hợp chất khử sulphur ở pH gần

trung tính và sử dụng oxy (và đôi khi nitrate) như một tác nhân oxy hoá Nhưng cơ chế trên có thể quan trọng trong việc oxy hóa thành phần sulphur (sinh ra bởi phản ứng (a)) cho ra H2SO4, và có thể phản ứng như thế gây ra sự acid hóa đầu tiên cần thiết cho

việc xúc tiến oxy hóa nhanh chóng bởi phản ứng (b) và (c), thiobacillus ferro oxidans

nó tăng trưởng tối hảo giữa pH 2.5 và 5.8 (Goldhaber & Kaplan, 1974) nó oxy hóa sắt nhị và những dạng sulphur dạng khử khác, và có trách nhiệm trong việc sản xuất sắt

tam Thiobacilli dường như hiện diện nhiều ở đất phèn và ở những môi trường khác và

nó tiêu biểu cho sự oxy hóa pyrite Với sự tác động mạnh mẽ của vi sinh vật và tính chịu được điều kiện acid của chúng, làm cho tốc độ của phản ứng (c) cao, thật ra sắt tam thì hòa tan một cách đáng kể chỉ ở pH thấp và vì vậy nó giải thích tại sao ở môi trường acid cao thì tốc độ oxy hóa pyrite gia tăng

Tính đệm đối với acid

Đất phèn chỉ hình thành khi lượng phèn tiềm tàng vượt quá các hợp chất dễ trung hòa trong đất Các cation trao đổi và các hợp chất vôi trong đất có khả năng trung hòa rất nhanh và nhanh như tốc độ oxy hoá pyrite Sự trung hòa của carbonate sẽ sinh ra CO2 và CaSO4, hơp chất này trầm hiện dưới dạng CaSO4.2H2O nếu như nồng độ của

nó vượt quá tích số hòa tan Trong đất, nếu lượng chất trung hòa lớn hơn lượng acid hình thành thì pH đất đạt gần trung tính khi pyrite bị oxy hoá Nếu lượng pyrite cao hơn nhiều so với hợp chất trung hòa thì cation trao đổi sẽ hiện diện diện nhiều H+ Tiến trình này làm cho đất bị bão hòa với Al trên keo sét và đưa đến pH giảm dưới 6 Nếu như lượng pyrite chỉ đủ để trung hòa lượng vôi có trong đất và cation kềm, đất này được gọi là para (gần như) hay pseudo (giống như) đất phèn Đất này sẽ có pH khoảng 4.5 tới 5, không đủ chua để tạo ra độc nhôm cho phần lớn cây trồng Khi pH đất thấp khoảng 3 tới 4, sét bị tấn công bởi acid Lượng H+ bị trung hòa bởi các cation

từ khoáng sét, các cation kềm như Mg và K xuất hiện trong dung dịch và một phần trao đổi trên keo sét, nhôm từ khoáng sét sẽ hòa tan ra trong dung dịch đất

1.5 PHẪU DIỆN ĐẤT

1.5.1 Quá trình thành lập tầng đất

Tất cả những quá trình diễn ra trong đất đều để lại những dấu vết trong nó Nghiên cứu những dấu vết đó, ta biết được tính chất, đặc điểm của đất Thậm chí, ta còn biết được lịch sử của sự hình thành đất và chiều hướng phát triển của nó Đặc điểm phân lớp là đặc điểm quan trọng của đất, mà nhiều tính chất lý hoá học và độ phì của đất phụ thuộc vào nó

Mặt cắt thẳng đứng từ mặt đất xuống đến tầng đá mẹ, nó thể hiện các tầng đất được gọi là phẫu diện đất Phẫu diện đó được mô tả thông qua những đặc điểm bề

ngoài có thể cảm nhận được bằng các giác quan thì gọi là hình thái phẫu diện đất Từ hình thái, ta có thể suy ra những tính chất bên trong của nó

Sự tạo nên các tầng trong đất là kết quả của các tiến trình thành lập khác nhau tác động lên mẫu chất trong một khoảng thời gian Các tiến trình thành lập đất có thể chia thành:

- Sự thêm vào đất: Sự cung cấp chất hữu cơ cho tầng mặt từ các thực vật phát triển bên trên; sự cung cấp các dạng muối tan, sắt hay vôi từ các vùng lân cận ngấm vào

- Sự mất từ đất: Sự mất nước (quá trình thuần thục hay sự thành lập cấu trúc) hay

sự mất vôi, silicate hoặc các base bằng sự rửa trôi của nước mưa ngấm qua đất

- Sự chuyển vị trong đất: Sự di chuyển của Al, Fe, chất mùn và sét từ tầng đất mặt xuống các tầng sâu hơn, sự chuyển vị của các muối hòa tan, vôi hay thạch cao từ các tầng bên dưới lên tầng mặt theo mao dẫn ở đất ẩm

- Sự biến đổi trong đất: Sự thay đổi các khoáng sơ cấp (khoáng nguyên sinh) thành các khoáng sét hoặc các khoáng thứ cấp khác do quá trình phong hóa

Tốc độ của các các tiến trình này thì khác nhau trong những điều kiện môi trường khác nhau Môi trường có thể là các yếu tố thành lập nên đất: khí hậu, chất hữu cơ, địa mạo, mẫu chất, hoạt động của con người và thời gian Đó là những điều kiện có ảnh hưởng trực tiếp còn vận tốc và thời gian của những tiến trình thành lập đất quyết định nên những tầng đất khác nhau

1.5.2 Các tầng đất và đặc điểm của chúng

Hình 3: Định nghĩa các tầng trong phẫu diện đất

Vùng không gian Vùng thảm thực vật

Vùng dưới mặt đất

Vùng không còn ảnh hưởng của rễ

O, H

Có hai phương pháp để phân loại các tầng đất: (1) Tên gọi theo FAO (theo thuật ngữ ABC) sự phân loại này dựa vào nguồn gốc phát sinh và hệ thống phân loại theo tầng chẩn đoán dựa vào các tính chất của tầng đất; (2) tên khác ABC thí dụ như H,

AO, O

* Tên gọi theo FAO

Tên gọi các tầng A, B, C được diễn tả theo đánh giá của con người về chiều hướng thay đổi mà nó được tin là có thể xảy ra trong đất Tên gọi được dùng trong việc mô tả phẫu diện, định nghĩa về các tầng đất chủ yếu dựa vào nguồn gốc phát sinh

Có tất cả 7 tầng chính, hai cho chất hữu cơ (H và O) và 5 cho chất khoáng (A, E,

B, C và R) Các tầng H, O và A là các tầng mặt Tầng E và B là tầng bên dưới Những tầng C và R thì luôn luôn xuất hiện bên dưới các tầng H, O, A, E và B Trong một số trường hợp không có sự hiện diện đủ các tầng trong một phẫu diện Ngoài ra, còn có các tầng chuyển tiếp xuất hiện giữa các tầng trên và có những đặc tính của hai tầng chính Các tầng chuyển tiếp có thể gặp:

AB: Tầng chuyển tiếp giữa các tầng A và B nhưng giống A hơn B

BA: Tầng chuyển tiếp giữa các tầng A và B nhưng giống B hơn A

E/B:Tầng E với pha lẫn tầng B (50%)

B/E:Tầng B với pha lẫn tầng E (50%)

AC: Tầng chuyển tiếp giữa A và C

Tiếp vị ngữ và tiếp đầu ngữ: Dùng để chỉ thêm đặc tính phụ của tầng đất Thí dụ

Eg là một tầng E với các đốm của quá trình gley; Bk là tầng B với sự tích tụ vôi Ab tầng A bị chôn vùi do các chất khác do đó không phải là tầng thấy ở ngay trên mặt Trong trường hợp một tầng đất quá dày cũng cần chia nhỏ ra và các số có thể được dùng như những tiếp vị ngữ và được đánh số tăng dần bắt đầu từ tầng mặt Thí

* Tên gọi theo hệ thống khác

Không phải tất cả những người làm về đất thống nhất tên gọi các tầng ABC, mặc

dù hiện nay nó là hệ thống phổ biến nhất Ở nhiều nước như Mỹ, Pháp, Hà Lan và trong một số tài liệu cũ đôi khi những ký hiệu khác cũng được sử dụng Như AOO, AO, O1, O2 sử dụng cho tầng H và O; A2 cho E; (B) hay C cho Bw; G cho tầng hoàn toàn khử Cr và K cho tầng với sự tích tụ của CaCO3 Rất cần thiết cho việc mô tả phẫu diện

và nhất là các nhà khoa học nghiên cứu về đất cần biết ý nghĩa của các ký hiệu sử dụng từ các hệ thống khác nhau Một hệ thống mới về tên gọi các tầng ABC đã được xuất bản trong USDA Soil Survey Manual (1983) Hệ thống này rất gần gũi với hệ thống của FAO, mặc dù có một số tiếp vị ngữ thì khác, nhưng nếu chú ý cẩn thận thì vẫn có thể phân biệt được Thí dụ như theo hệ thống của FAO thì Cr có nghĩa là tầng đất có điều kiện khử rất mạnh, nhưng có nghĩa là tầng có mẫu chất là đá phong hóa theo hệ thống mới USDA Ngoài ra, còn có khác biệt trong ký hiệu tầng hữu cơ, "O" được ký hiệu trong hệ thống USDA

THỰC HÀNH:

- MÔ TẢ PHẪU DIỆN ĐẤT

1 Mục đích và yêu cầu:

Nhằm giúp học sinh thực hành các thao tác đào và mô tả hình thái phẫu diện đất

ở ngoài đồng Qua đó giúp học sinh nhận biết các đặc tính hình thái của phẫu diện đất

Từ đó có thể giúp cho công tác lập bản đồ đất, đánh giá thích nghi sử dụng đất và cải tạo đất

Học sinh cần nắm các đặc tính hình thái phẫu điện đất trong phần lý thuyết

Xác định các địa điểm khoan và mô tả phẫu diện đất cho từng loại đất (đất phù

sa ven sông Tiền, sông Hậu; đất phù sa xa sông Tiền, sông Hậu; đất phèn hoạt động trung bình và nhẹ; đất phèn hoạt động nặng; đất giồng cát)

Phẫu diện gồm: phẫu diện khoan và phẫu diện điển hình

3.2 Phương pháp mô tả

Theo quyển Cẩm nang hướng dẫn mô tả phẫu diện đất của FAO

I NHỮNG THÔNG TIN VỀ ĐIỂM KHẢO SÁT

- Tên đất (nếu chưa có tên thì nhận định)

- Vị trí (ấp, xã, huyện, tỉnh) và tên chủ đất nếu có

- Địa hình: Trạng thái dốc của mặt đất

- Địa mạo, địa lý: Đồng bằng, vùng cao, đồi, núi

4 Hiện trạng sử dụng đất

- Loại sử dụng đất: 2 vụ lúa, 3 vụ lúa, 2 vụ lúa + 1 vụ màu, trồng cỏ

- Các hoạt động của con người trên đất: bón phân, cày xới, lên liếp, thuỷ lợi

- Lớp phủ thực vật: loại cây, mức độ che phủ

II NHỮNG THÔNG TIN CHUNG VỀ ĐẤT KHẢO SÁT

1 Mẫu chất và rễ cây

- Mẫu chất: Phù sa cổ (Holocen) hay phù sa mới (Pleistocen)

- Chiều sâu xuất hiện của rễ

2 Các đặc tính bề mặt

Đá, mãnh vụn của đá, đóng ván, vết nứt, xói mòn

3 Mối liên hệ giữa đất và nước

- Thoát thủy: bên trong (nhanh hay chậm ở trạng thái bão hòa), bên ngoài (chảy tràn)

- Ngập lũ: số tháng ngập, thời gian ngập

- Mực thủy cấp: hiện tại, cao nhất, thấp nhất

III NHỮNG TÍNH CHẤT CHỦ YẾU CỦA PHẪU DIỆN

- a: Tích tụ chất hữu cơ phân huỷ cao (thường có ở tầng O hay H)

- b: Tầng đất chôn vùi (thường đi với tầng A)

- e: Vật liệu chất hữu cơ bán phân huỷ (thường có ở tầng O hay H)

- g: Có hiện tượng gley mạnh (sắt đã bị khử) thường thấy ở nhưng loại đất ngập, màu xám Tầng tạo đốm phản ánh sự thay đổi của sự oxy hoá khử (thường có ở tầng B)

- i: Chất hữu cơ phân huỷ nhẹ (thường có ở tầng B)

- j: Tầng có đốm phèn hay đốm jarosite - 2.5YR 8/6 - 8/8 (thường có ở tầng B)

- Hình dạng của ranh giới: Phẳng (ranh giới gần nằm ngang), dợn sóng (lõm dợn sóng

> chiều sâu của nó), không đều (lõm dợn sóng < chiều sâu của nó), dạng gẫy khúc

6 Độ sâu xuất hiện tầng đất (tính bằng cm)

Ghi nhận độ sâu xuất hiện của tầng đất (bắt đầu và kết thúc) kể cả các tầng phụ dựa trên đặc tính phát sinh của tầng đất

7 Kiểm tra vật liệu sinh phèn ngoài đồng bằng H2O2

IV NHỮNG TÍNH CHẤT CHỦ YẾU CỦA TẦNG ĐẤT

Trong mỗi tầng đất xác định các tính chất sau:

- Độ sắc nét (ranh giới giữa đốm với nền đất)

- Hình dạng: vết, ống, pha lẫn hay khuyếch tán, ổ

- Kích thước (nhỏ: <5 mm tính theo chiều dài lớn nhất; trung bình: 5 - 20 mm;, to: >20 mm)

5 Cấu trúc

- Hình dạng: hạt hay viên, khối góc cạnh hay khối nhẵn cạnh, lăng trụ hay cột, phiến

- Kích thước: rất mịn, mịn, trung bình, thô, rất thô tuỳ theo hình dạng

- Cấp độ phát triển: không có cấu trúc, phát triển yếu, phát triển trung bình, phát triển mạnh

- Điều kiện khô: Bời rời, mềm, hơi cứng, cứng, cứng mạnh, rất cứng

7 Độ thuần thục

- Thuần thục: bóp đất trong tay, đất bị thay đổi hình dạng nhưng không chảy ra theo kẻ tay

- Gần thuần thục: bóp đất trong tay, đất chảy ra theo kẻ tay từ từ

- Bán thuần thục: bóp đất trong tay, đất chảy ra theo kẻ tay hơi nhanh nhưng không lọt xuống

- Gần không thuần thục: bóp đất trong tay, đất trong tay vọt ra mạnh và lọt xuống

- Không thuần thục: Để đất trong tay vừa co nhẹ lại thì đất bị chảy ra và lọt xuống

8 Tế khổng

- Mật độ: ít (1 - 50 lổ/dm2), trung bình (51 - 200 lổ/dm2), nhiều (>200 lổ/dm2)

- Kích thước: cực nhỏ (<0,075 mm), rất mịn (0,075 - 1 mm), mịn (1 - 2 mm), trung bình (2 - 5 mm), to (>5 mm)

- Sự liên tục: liên tục (xuyên qua các tầng), không liên tục (chỉ một phần của tầng)

- Hướng: theo chiều thẳng đứng, theo chiều ngang, theo chiều nghiêng, theo hướng ngẫu nhiên

9 Kết von

- Mật độ đốm (rất ít: <5% diện tích quan sát; ít: 5 - 15%; thường: 15 - 40%; rất thường: 40 - 80%, nhiều: >80%)

- Màu sắc

- Kích thước (nhỏ: <1 cm tính theo đường kính lớn nhất; to: >1 cm)

- Độ cứng (mềm: bị bể khi bóp mạnh, cứng: không bị bể khi bóp mạnh)

- Hình dạng: hình cầu, ống, nhánh, không có hình dạng cụ thể

- Tính chất: xác định vật liệu hình thành nên kết von (sắt, mangan, vôi)

10 Lớp phủ sét

- Hình dạng: dạng lớp phủ (điển hình, hình lưỡi liềm, hình nắp đậy, lủng lẳng, lòng chảo, vảy cứng), dạng trám đầy (trám đầy hoàn toàn và không hoàn toàn, dày đặc liên tục và không liên tục)

11 Rễ cây

- Số lượng hay mật độ: Rất ít, ít, trung bình, nhiều, rất nhiều, dày đặc

- Trạng thái phân huỷ: tươi hay phân hủy

- Kích thước: Rất mịn (<1 mm), mịn (1 - 2 mm), trung bình (2 - 5 mm), to (>5 mm)

12 Tình trạng chất hữu cơ

- Màu sắc: nâu hay đen; nếu trường hợp chất hữu cơ đổi màu khi tiếp xúc với không khí thì ghi nhận màu nguyên thuỷ và màu thay đổi khi ra không khí

- Mức độ phân huỷ: chưa phân huỷ, bán phân huỷ, phân huỷ hoàn toàn

- Hình dạng: Rễ ống, ổ, bời rời, pha lẫn

- Số lượng: ít (CHC <2% so với nguyên tầng), trung bình (2 - 20%), nhiều (>20%)

CÂU HỎI ÔN TẬP

1 Đất là gì?

2 Khoáng vật và đá là gì?

3 Khoáng vật nguyên sinh là gì? Có bao nhiêu lớp? Loại nào điển hình?

4 Khoáng vật thứ sinh là gì? Có bao nhiêu lớp? Loại nào điển hình?

5 Có mấy nhóm đá trong tự nhiên?

6 Đá macma là gì? Hình thành như thế nào? Những loại đá macma chính?

7 Đá trầm tích là gì? Hình thành như thế nào? Những loại thường gặp?

8 Đá biến chất là gì? Hình thành như thế nào? Nêu một số loại đá biến chất?

9 Nêu khái niệm quá trình phá hủy đá và khoáng?

10 Trình bày các dạng phong hoá đá và khoáng?

11 Vỏ phong hoá là gì? Nêu các vỏ phong hoá ở Việt Nam?

12 Khái niệm quá trình hình thành đất?

13 Trình bày các yếu tố hình thành đất?

14 Trình bày phẫu diện đất điển hình?

Si-oxide : Thạch anh, tridymite

Fe-oxide/hydroxide : Goethite, hematite, limonite

Al-oxide/hydroxide : Gibbsite, boehmite, diaspore

Silicate

Nesosilicate : Olivine (Mg); garnet (Ca, Mg, Mn, Ti, Cr); tourmaline

(Na, Ca, Li, Mg, BO3); Zircon Inosilicate : Augite (Ca, Mg); hornblende (Na, Ca, Mg, Ti)

Phyllocilicate : Talc (Mg); biotite (K, Mg, F); Muscovite (K, F); khoáng

sét: illite (K), kaolinite, montmorillonite, vermiculite (Mg) Tectosilicate : Albite (Na), anorthite (Ca), orthoclase (K)

Carbonate Calcite (CaCO3), dolomite [MgCa(CO3)2]

Sulfate Gypsum (CaSO4.2H2O)

Halide Halite (NaCl), sylvine (KCl), carnallite (KMgCl3), (CaCl2.nH2O)

Sulphides Pyrite (FeS2)

Phosphate Apatite (Ca5(F,Cl,OH)(PO4)3, vivianite (Fe3(PO4)2.8H2O)

Nitrate Soda-nitre (NaNO3), nitre (KNO3)

Bolt và Bruggenwert, 1978 Nhìn vào các thành phần vô cơ bên trên cho thấy, nhóm có tính hòa tan cao là nhóm nitrate, halide và một phần của nhóm sulphate; nhóm có tính hòa tan trung bình như là gypsum, calcite; nhóm có tính hòa tan thấp là các nhóm silicate

Các khoáng sét trong đất thì chiếm ưu thế trong việc thể hiện về mặt lý - hoá tính của đất do diện tích bề mặt rất lớn và có liên kết với cấu trúc mạng lưới tinh thể của chúng Các khoáng silicate này thuộc vào nhóm phyllosilicate, đây là nhóm khoáng thứ sinh Trong nhóm này có hai nhóm khoáng sét chính cần được phân biệt:

(1) Khoáng 2:1 bao gồm hai lớp tứ diện SiO4 (tetrahedron), tất cả tứ diện của hai lớp đều đối đỉnh với nhau và lớp dưới cùng lại đối đỉnh với lớp bát diện [AlO4(OH)2] (octahedron) nằm ở giữa (Hình 4), bề dày của ba lớp này khoảng 10 angstrom

(2) Khoáng 1:1 các tứ diện SiO4 trong khoáng đối đỉnh với lớp bát diện AlO4(OH)2 Bề dày của khoáng này khoảng 7 angstrom

Sự kết hợp trên là do hiện tượng mất nước (Hình 5)

Hình 4: Sự kết hợp giữa phiến tứ diện Si và phiến bát diện Al trong tinh thể sét

Các khoáng sét có các đặc tính quan trọng khác, đó là do một số ion Si và Al bị thay thế bởi các ion có hoá trị thấp hơn, sự thay thế này gọi là sự thay thế đồng hình

Sự thay thế đồng hình này xảy ra trong lúc các khoáng sét được hình thành bởi vì các ion Si và Al không hiện diện đúng một tỉ lệ cần thiết trong lúc hình thành khoáng Sự thay thế trên có thể là Al thay Si và Mg thay Al, sự thay thế này dẫn đến sự thiếu hụt điện tích dương (dư thừa điện tích âm) của mạng lưới tinh thể Để hiểu rõ hơn vấn đề này, hãy tính số hoá trị trên mỗi đơn vị tinh thể (unit cell) Đơn vị tinh thể là một đơn

vị nhỏ nhất trong tinh thể, có kết cấu hoàn chỉnh về mặt hoá học và nó lập lại được để tạo một tinh thể

Hình 5: Tính toán cân bằng điện tích cho mỗi đơn vị tinh thể của khoáng 1:1 và 2:1

Hình bên trái khoáng không có sự thay thế đồng hình trong tứ diện và bát diện, hình bên phải có sự thay thế đồng hình

Cấu trúc mô tả như trên là cho từng phiến sét đơn lẻ, trong thực tế các khoáng sét kết hợp với nhau thành các đơn vị lớn hơn, các đơn vị này quyết định về đặc tính hoá

và lý của đất

Khoáng 1:1 có mặt trên và mặt dưới của khoáng sét là khác nhau do một mặt là

tứ diện còn mặt kia là bát diện Các phiến dạng này kết với nhau tương đối chặt và hình thành các tinh thể lớn Phần lớn các khoáng có dạng này là kaolinite, chúng có diện tích bề mặt rất thay đổi khoảng vài chục m2/gram cho tới rất thấp tùy vào mức độ kết lại của các phiến với nhau Thêm vào đó sự thay thế đồng hình dường như không đáng kể, thường thì khoáng loại này không có các đặc tính hoá và lý đáng kể

Khoáng 2:1 thì hoàn toàn khác, tính đối xứng về mặt hình học và các nối giữa chúng thì lệ thuộc vào các điều kiện môi trường đặc thù nơi mà chúng hiện diện

- Muscovite (mica) có sự thay thế đồng hình cao, khi mất nước thì kết lại với nhau một cách thuận lợi giữa các phiến, ion K bị lọt vào trong các lỗ hình lục giác của lớp tứ diện, điều này làm giảm điện tích bề mặt vì một phần điện tích âm do sự thay thế đồng hình tạo nên bị trung hòa bởi ion K

- Illite có sự sắp xếp trong cấu trúc tương tự như mica, nhưng vì một phần ion

K bị thay thế bởi ion H3O+ Khác với trường hợp là ion K lực kết hợp của H3O+không chặt nên khoáng này có điện tích âm cao vì có điện tích âm cao nên khoáng này chỉ kết lại với nhau từ 5 - 10 phiến Chúng có diện tích bề mặt cao (80

m2/gram) cho các phiến sét kết với nhau khoảng 10 phiến đơn và có kích thước khoảng 100 angstrom Khoáng này còn gọi là hydrous mica, một đặc tính nổi bậc của khoáng này là có diện tích bề mặt cao và có lượng điện tích cũng cao

- Chlorite (tri-octahedral) hình thành các phiến to do kết hợp của nhiều phiến đơn với nhau trên cầu nối với ion Mg

Trong thực tế các khoáng sét không tồn một cách độc lập (tức là một cục đất thì chỉ có một loại khoáng) mà chúng trộn lẫn của các loại khoáng sét (thí dụ mica-

vermiculite; kaolinite-vermiculite) do phong hoá không hoàn toàn

Hình 6: Sự liên kết các phiến sét

* Thành phần rắn hữu cơ

Chất vô cơ trong đất có nguồn gốc từ mẫu chất và được bồi đắp thông qua sự vận chuyển chủ yếu là do nước Trong khi đó, thành phần hữu cơ trong đất bắt nguồn từ các sinh khối bao gồm cả động vật và thực vật trong đất Tầm quan trọng hơn cả trong giới sinh vật là chúng tác động đến các tiến trình phong hoá của các mẫu chất và các sinh vật trên mặt đất đã góp phần tạo nên chất hữu cơ trong đất Các cơ thể sống và thành phần hữu cơ có từ sự phân hủy các cơ thể sống đó chính là các thành phần hữu

cơ trong đất

Chất hữu cơ và mùn trong đất có thể được phân lập như sau:

Hình 7: Các thành phần chất hữu cơ trong đất

Đặc tính và chức năng của chất hữu cơ trong đất

- Có diện tích bề mặt cao: 800 - 900 m2/gram

- Có CEC 150 - 300 cmolc/kg, CEC thay đổi theo pH

+ 50% CEC do các nhóm carboxyl tạo nên

+ 30% CEC do quinionic, phenolic, enolic

Chức năng

- Thúc đẩy thành lập cấu trúc tốt

- Cung cấp dinh dưỡng (Ca, Mg, S và vi lượng)

- Nguồn năng lượng cho vi sinh vật và động vật

- Gia tăng tính đệm, gia tăng CEC

- Hấp phụ các chất gây ô nhiễm

2.1.2 Thành phần lỏng

Pha lỏng trong đất thường được gọi là dung dịch đất Nồng độ các chất trong pha lỏng thường loãng, các ion sau đây thường thấy: Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Cl-, NO3-, SO42-, HCO3- Bên cạnh các ion chính này đôi khi còn hiện diện các ion khác với một lượng

Trích bằng dung dịch acid

Chất hữu cơ trong đất

Không phải mùn Mùn

Tan trong kiềm và

trong acid: Fulvic acid

Chỉ tan trong kiềm:

Humic acid

Không tan trong kiềm lẫn acid: Humin Trích bằng dung dịch kiềm

Hạt đất

Nước hút ẩm

Hạt đất Nước hút ẩm

Hình 8: Các dạng nước trong đất

cũng hiện diện từ sự phân hủy chất hữu cơ, vì một số chất hữu cơ tạo phức với các ion kim loại nặng, thành phần hữu cơ trong dung dịch đất có thể đóng góp một cách có ý nghĩa vào sự di động của ion đó trong đất Các chất ô nhiễm vô cơ và hữu cơ cũng có thể hiện diện trong dung dịch đất do hoạt động của con người tại chỗ hoặc nơi khác tới

Nước được giữ trong đất ở các khoảng trống hay tế khổng bằng lực hút của bề mặt keo đất, bởi sức căng bề mặt của các ống mao dẫn và bởi lực hút của các ion (áp suất thẩm thấu) Khi đất ướt, nước chiếm đầy các tế khổng trong đất, lúc này ta có thể xem như đất giữ nước tối đa, lúc này sức hút của nền (matrix suction) ym = 0 vì nền không còn khả năng hút nước nữa Nếu có nước dư thừa (không bị nền hút) thì sẽ di chuyển theo trọng lực và nước còn lại gọi là thuỷ dung ngoài đồng (field capacity), lực giữ nước này đạt 0,2 - 0,3 bar Cây trồng muốn lấy được nước trong đất thì cây phải thắng các lực trong đất như kể trên

* Các dạng nước trong đất

Dạng nước này có dạng phiến

mỏng bao quanh hạt đất Lượng nước

này được hạt đất giữ rất chặt bằng lực hút

tĩnh điện Cây trồng không thể sử dụng

được lượng nước này Nó chỉ tách khỏi

nước khi đất rất khô

Dạng nước này còn được

gọi là nước bị hút bởi các phân

tử nước ở trạng thái lỏng liên kết với hạt đất bằng nối hydro Dạng nước

này cây trồng có thể lấy từ đất để

sử dụng một cách dễ dàng nên còn được gọi là lượng nước hữu dụng

Dạng nước này ở trạng thái lỏng, hiện diện ở trong các tế Lượng nước này di chuyển tự do dưới tác động của trọng lực Một phần của lượng nước này có thể hữu

dụng cho cây trồng

* Tính toán hàm lượng nước trong đất

Có nhiều nỗ lực để xác định thành phần các chất trong dung dịch nhưng đều không có ý nghĩa vì nước trong đất rất di động do sự tuần hoàn của điều kiện thuỷ văn Nước được thêm vào đất từ nhiều nguồn: mưa, nước tưới, nước thải và mất đi từ đất thông qua cây trồng, bốc hơi, tiêu nước, thấm lậu, chảy tràn

Sự di chuyển của nước trong đất là một chuyên đề được rất nhiều nhà khoa học quan tâm và cũng rất khó khăn Nước trong đất được xem là vật mang các chất tan trong hệ thống đất Nó là một chất môi giới để các chất khuyếch tán đến và từ các bề mặt hấp thu của cây trồng Dung dịch đất không phải ở trạng thái tĩnh, do đó điều quan trọng là phải nghiên cứu tính cân bằng trong các phản ứng hòa tan và hấp phụ trong dung dịch đất Một cách tổng quát, trong điều kiện bình thường ở đất ôn đới và trong điều kiện thuỷ dung ngoài đồng thì nồng độ các chất khoảng 0,01 N (normol, tổng chất

Hình 10: Các lượng nước đi vào

điện giải), chủ yếu là các ion hóa trị 1 và 2 Ở điểm héo nồng độ có thể gia tăng lên 0,1

N Ở đất mặn trong điều kiện thuỷ dung ngoài đồng nồng độ có thể là 0,1 N

Lượng nước trữ trong đất:

S = Wvào - Wra = (P+ I + C) - (R + D + E + T)

Trong đó:

P: Lượng mưa (hay lũ)

I : Lượng nước tưới cung cấp cho cây trồng

C: Lượng nước mao dẫn từ nước ngầm đến vùng rễ

R: Lượng nước chảy tràn

D: Lượng nước thấm lậu

E: Lượng nước bốc hơi

T: Lượng nước trong đất bị cây trồng lấy đi

Để mô tả hiện tượng trữ nước, sự mất nước, tưới và

mao dẫn đã được trình bày trong phương trình cân bằng

nước, cần có kiến thức về lực và thế khống chế tính chất

của nước trong đất

Nước hữu dụng trong đất là lượng nước mà cây trồng

có thể hấp thu được cho sự sinh trưởng và phát triển

Thủy dung

Nước hữu dụng Điểm héo

Nước bám quanh hạt dất

Lực liên kết nối hydro

Thế năng của nước trong đất (kPa tính theo log)

Nước dễ hữu dụng

Hình 9: Các dạng nước trong đất thay đổi theo thế năng (kPa tính theo log)

* Cách biểu thị độ ẩm đất

Ðộ ẩm đất là khái niệm biểu thị mối quan hệ giữa nước trong đất với đất Nói cách khác, độ ẩm biểu thị mức độ chứa nước của đất Ðộ ẩm đất được dùng để:

- Xác định lượng nước trong đất,

- Xác định lượng nước tưới và thời điểm tưới để điều tiết nước cung cấp cho cây trồng Ta có một số cách biểu thị độ ẩm của đất

- Có thể tính theo khối lượng đất khô kiệt (một cách tuyệt đối) Lấy khối lượng nước có trong mẫu đất so với khối lượng mẫu đất sấy khô ở 105 oC

- Có thể tính theo khối lượng đất ẩm (một cách tương đối) Lấy khối lượng nước có trong mẫu đất so với khối lượng mẫu đất ẩm (gồm khối lượng của nước và khối lượng của đất)

Wmr (%) =

sd w

w

MM

M

Ðể có kết quả đúng với khối lượng đất, ta phải điều chỉnh bằng cách lấy kết quả phân tích nhân với hệ số khô kiệt K được tính như sau: K = (100 + Wma): 100 Nếu phân tích đất ẩm thì hệ số K được tính: K = 100: (100 - Wmr)

Ðộ ẩm biểu thị theo thể tích cũng có thể tính tuyệt đối và tương đối

- Theo thể tích tuyệt đối Wva

Khi xem nước ở điều kiện bình thường có tỷ trọng bằng 1 nghĩa là 1 cm3 có khối lượng là 1 gam thì quan hệ giữa Wma và Wva như sau:

DV

MM

.V

M.VM

M:V

VWW

sd sd

w sd

sd w

sd w

sd w

s

w

Trong đó Vw và Vs là thể tích nước và thể tích đất ẩm (đất ở trạng thái tự nhiên bao gồm thể tích đất, thể tích nước và không khí)

Tuy nhiên, hiện nay độ ẩm biểu thị theo khối lượng tuyệt đối được dùng phổ biến

vì thuận tiện cho tính toán trong các mô hình nghiên cứu về nước trong đất

2.1.3 Thành phần khí

Thể tích chất khí trong đất và chất lỏng trong đất chính là thể tích tế khổng trong đất Tỉ lệ thể tích của chất khí và lỏng trong đất là một đặc tính thuộc về vật lý đất, thể tích của các tế khổng trong đất thay đổi tùy theo điều kiện canh tác và loại đất

* Thành phần của các chất khí trong đất

Thành phần của các chất khí trong đất gần giống với thành phần của không khí trên mặt đất do tiến trình khuyếch tán Một tiến trình khác khống chế thành phần của khí trong đất là do sự tiêu thụ O2 và sản sinh CO2 do sinh vật Hai tiến trình này (tiêu thụ O2 và sinh ra CO2) có tốc độ gần như ổn định, do vậy nồng độ CO2 tăng theo chiều sâu, khoảng 0,03% tại mặt đất và khoảng 1 - 5% trong vùng rễ Sự gia tăng CO2 song song với sự giảm O2 theo chiều sâu Nếu O2 không thể cung cấp từ trên mặt đất, nồng

độ của O2 có thể giảm xuống bằng không (như trường hợp đất ngập nước) Cả hai nồng độ của O2 và CO2 đều ảnh hưởng đến sự cân bằng hoá học trong đất Nhiều loại thuốc sát trùng hữu cơ có khả năng bay hơi cao, do đó đôi khi các thành phần khí này cũng gặp nhiều trong đất

Về thành phần không khí đất có khác so với không khí trong khí quyển Nhiều nghiên cứu cho thấy thành phần không khí khí quyển là ổn định, đây chính là sự khác biệt so với thành phần không khí đất So với thành phần không khí khí quyển, thành phần không khí đất chứa ít oxy hơn nhưng carbonic nhiều hơn và chúng luôn luôn thay đổi, ngay cả nitơ có khối lượng lớn nhất Lượng nitơ thay đổi do hoạt động biến đổi chất hữu cơ của vi sinh vật, do các quá trình nitrate hoá hay phản nitrate hoá xảy ra trong đất

78,08 - 80,42 20,90 - 0,00

- 0,03 - 20,00

-

Lượng chứa nhiều carbonic, ít oxy và sự biến động lớn của chúng là vì:

- Do tiêu hao nhiều oxy mà sinh ra nhiều carbonic (như quá trình hô hấp, phân giải chất hữu cơ, các phản ứng hoá học, quá trình quang hợp )

- Do sự thay đổi tốc độ trao đổi không khí giữa đất và khí quyển, giữa các tầng đất, giữa các mùa trong năm và cả chế độ canh tác

Ở những tầng đất mặt thoáng khí, tỷ lệ oxy trong không khí đất gần ngang với trong khí quyển Còn ở những tầng quá trình trao đổi khó khăn như đất gley, đất ngập nước thì lượng oxy giảm xuống rất mạnh Lượng chứa CO2 thì ngược lại tăng lên Theo Monthei và ctv (1964) cho rằng: dòng khí CO2 là 1,5 g/ngày vào mùa đông

và 6,7 g/ngày vào mùa hè trên đất sét trống Currie (1970) xác định giá trị của khí này

là 1,2 g/ngày vào mùa đông và 16 g/ngày vào trong mùa hè trên đất trống; còn trên đất trồng cải xoăn giá trị ứng với các mùa này là 3,0 và 35 g/ngày

Năm 1967, Kemper đưa ra giá trị tiêu hao O2 trong khoảng 2,5 và 5,0 g/m2/ngày trên đất trống và giá trị này lớn gấp 2 lần trên đất có canh tác Cũng theo Currie (1970)

tỷ số tiêu hao O2 là giữa 60 và 75 % của tỷ số CO2 được tạo thành đạt tối đa là 24 g/m2 dưới cây cải xoăn vào mùa hè

Ngoài các chất khí kể trên, trong đất còn có thể một số chất khí khác được sinh ra như: NH3, H2S, CH3

* Các vấn đề thoáng khí trong đất ngoài đồng

Tính thoáng khí của đất là khả năng di chuyển của không khí qua các tầng đất

Là nhân tố thường xuyên quyết định tốc độ trao đổi khí giữa đất và khí quyển, nghĩa là quyết định lượng O2 và CO2 trong đất, do đó ảnh hưởng tới quá trình hoạt động của vi sinh vật, của các phản ứng xảy ra trong đất, ảnh hưởng trực tiếp hay gián tiếp tới đời sống cây trồng

Sự di chuyển không khí trong đất chính là quá trình khuếch tán của khí tiến hành

ở các khe hở liên tục, không bị tắc và không chứa nước Khe hở càng lớn tính thông thoáng càng cao Theo kết quả nghiên cứu ngoài đồng ruộng của Học viện nông nghiệp Timiriazev (CHLB Nga) thì điều kiện tiên quyết đối với tính thoáng khí là độ hổng phi tế khổng lớn Nếu nó đạt trên 10% thì sự thoáng khí thực hiện hoàn toàn, khi

đó độ ẩm dù có tăng đến độ ẩm bão hoà thì tính thông cũng không giảm đáng kể Ðất sét không có kết cấu nên độ hổng phi tế khổng thấp thì tính thoáng khí thấp và có thể giảm tới zero ngay cả khi độ ẩm chưa đạt mức bão hòa Ðất có kết cấu tốt, tính thoáng khí lớn cho dù khi độ ẩm rất cao

Đất không thoáng khí là vì 2 nguyên nhân sau:

1) Khi ẩm độ trong đất quá cao

2) Khi sự trao đổi các khí trong đất với khí quyển quá chậm

Trong trường hợp ẩm độ đất quá cao, như đất úng thuỷ, quá nhiều tế khổng thì cây trồng sẽ bị ảnh hưởng tai hại Cần phải đào mương thoát nước để tránh sự úng thuỷ

Trong trường hợp thứ hai, sự trao đổi các khí trong đất với khí quyển phụ thuộc vào 2 yếu tố:

- Mức độ phản ứng sinh học ảnh hưởng đến các khí trong đất

- Vận tốc mà mỗi khi vào trong đất hay thoát ra

Sự trao đổi giữa các khí trong đất và ngoài khí quyển thông qua sự khuyếch tán Nhờ hiện tượng này, sự di chuyển của khí từ vùng này sang vùng khác được dễ dàng hơn: khí oxy nhiều trong khí quyển sẽ di chuyển vào trong đất và carbonic nhiều trong khí của đất sẽ bốc lên trong khí quyển Nhờ vậy, không khí trong đất lưu thông được

dễ dàng Sự trao đổi này xảy ra rất chậm trên đất sét nặng

* Biện pháp điều tiết không khí trong đất

Muốn điều tiết chế độ không khí trong đất có lợi cho cây trồng và các sinh vật khác, ta cần áp dụng những biện pháp làm tăng hàm lượng và cải thiện thành phần các chất khí, điều chỉnh tính thông khí của đất bằng tổng hợp các biện pháp sau:

- Tăng cường và cải thiện kết cấu đất, làm tăng độ hổng của tế khổng bằng việc cày sâu kết hợp bón nhiều phân hữu cơ hay trả lại phế phụ phẩm nhiều nhất cho đất

- Làm tăng độ thoáng khí bằng cách lên luống, làm cỏ sục bùn, xới xáo (đặc biệt là xới đất phá váng sau khi mưa)

- Xếp ải là biện pháp rất tốt để cải thiện thành phần không khí đất, làm tăng hàm lượng các hợp chất oxy hoá, giảm chất khử, chất độc

- Ðối với những chân ruộng trũng, không có điều kiện làm ải (thời gian ngắn) nên làm dầm rồi sau đó bừa kỹ

2.2 VẬT LÝ ĐẤT

2.2 1 Sa cấu đất

Sự phân bố các cấp hạt trong đất hay thành phần cơ giới đất được xem là đặc tính

cơ bản của vật lý đất và nó được định nghĩa là sa cấu của đất

Sa cấu đất nó liên hệ một cách đặc biệt đến thành phần của sét, thịt và cát trong phần mịn của đất đó là thành phần các hạt có đường kính nhỏ hơn 2 mm Đối với thuật ngữ sét, thịt, cát còn có ý nghĩa khác, điều này cần chú ý để tránh nhầm lẫn Thí dụ: thuật ngữ sét có thể có nghĩa của một cấp hạt trong đất (hạt sét), một sa cấu (đất sét) hay một nhóm khoáng sét

Người ta dùng các phương pháp khác nhau để định nghĩa các nhóm hạt khoáng tùy thuộc vào kích thước hạt của nó Đối với thế giới, hầu hết tiêu chuẩn được chấp nhận là sử dụng phương pháp của USDA (Bộ Nông Nghiệp Mỹ), đồng thời cũng được

sử dụng trong cuốn hướng dẫn mô tả phẫu diện của FAO và nhiều viện khoa học quốc gia có nghiên cứu về đất

thì có chứa nhiều thạch anh và những tinh

khoáng khác như mica, tràng thạch Bọc

xung quanh cát hạt cát có thể là một vài tinh

khoáng hậu sinh như gibbsite, hematite và limonite Sét thì phần lớn được tạo nên từ các tinh khoáng silicate hậu sinh như kaolinte, illite và montmorillonite; và một ít thạch anh, hematite, gibbsite

Vật liệu của đất hiếm khi toàn thể có cùng một nhóm kích thước Do đó có những hệ thống khác nhau đã hình thành, để đặt tên cho sa cấu đất đại diện cho những cấp có kích thước hạt khác nhau Hầu hết các hệ thống này đều trình bày bằng biểu đồ,

Hình 11: Các cấp hạt trong đất

tam giác sa cấu của hệ thống USDA được mô tả trong quyển mô tả đất FAO Trong đó

12 cấp sa cấu mà điểm tượng trưng cho sa cấu là giao điểm của 3 đường song song mà

3 đỉnh ghi các trị số phần trăm của cát, thịt và sét

Theo hệ thống phân loại sa cấu của USDA thì có các mức độ cấp hạt chính sau:

- Sa cấu sét: + Sét (Clay)

+ Sét pha thịt (Silty clay)

+ Thịt pha sét mịn (Silty clay loam)

+ Thịt pha sét (Clay loam)

+ Sét pha cát (Sandy clay)

Hình 12: Tam giác dùng cho việc xác định từng cấp sa cấu theo USDA

Ghi chú: Đường không liên tục trong hình để chỉ cách xác định một loại sa cấu nào đó khi biết được % sét, % thịt và % cát VD: Một loại đất có các cấp hạt gồm:

15% là sét, 70% là thịt và 15 là cát thì có sa cấu là thịt mịn (silt loam)

* Đặc điểm nhận dạng:

- Xác định nhanh ngoài đồng:

Được thực hiện bằng cách dùng mẫu đất ướt xoe giữa các ngón tay

+ Đối với cát sẽ cảm thấy cộm tay, đặc biệt là trên các mẫu đất thịt bị ướt